Savoirs et savoir-faire à acquérir
Savoirs | Savoir -faire |
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La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil. De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :
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Conseil : remue-méninges collaboratif
Quelles questions pourriez-vous avoir lors de l'évaluation ?
Vous devez obligatoirement utiliser un pseudo constitué de la manière suivante : les trois premières lettres de votre nom en lettres majuscules et les 3 premières lettres de votre prénom en lettres minuscules.
Exemple pour « Albert einstein » : EINalb
Tout le monde doit attendre le « TOP DEPART », sinon, vos propositions ne seront pas comptabilisées.
3, 2, 1... c'est parti !
La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Les variations géographiques et calendaires de la quantité d’énergie reçue conditionnent la température de surface de la Terre et détermine climats et saisons.
L’énergie transférée par le Soleil est indispensable au monde vivant. En effet, elle est à l’origine de plusieurs fonctions biologiques et de nombreuses sources d’énergie utilisables par l’être humain.
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L’origine de l’énergie solaire :
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Le Soleil est une étoile dans laquelle se produisent des réactions de fusion nucléaire principalement entre des noyaux d'hydrogène qui nécessitent des températures d'environ 15 millions de degrés au coeur de l'étoile.
L'énergie libérée par les réactions de fusion nucléaire s'accompagne d'une diminution de la masse du Soleil au cours du temps et par l'émission de rayonnements électromagnétiques (lumière visible, Ultraviolets, Infrarouges, rayons X, rayons gamma...).
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La relation d'Einstein formulée en 1905 montre l'équivalence entre la masse et l'énergie :
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\(\Delta E= \Delta m.c^2\)
\(\Delta E \) : énergie libérée en Joule (symbole J)
\(\Delta m\) : masse perdue au cours de la réaction de fusion en kilogramme (kg)
c : célérité de la lumière dans le vide ou dans l'air
c = 3,0 . 108 m.s-1
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La température de surface du Soleil :
Un corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu’il reçoit : le spectre du Soleil montre qu'il se comporte en première approximation comme un corps noir.
La loi de Planck indique que ce type de corps émet un rayonnement qui ne dépend que de la température du corps.
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La Loi de Wien est propre aux corps noirs et permet de déterminer la température de surface T du Soleil à partir de sa longueur d'onde d'émission lumineuse maximale connue par son spectre, tel que :
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λmax . T = 2,9 . 10−3 m·K.
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Température absolue :
La température correspondant au zéro absolu est de - 273,15°C ce qui correspond à 0 K. On peut convertir une température exprimée en kelvins en une température en degré Celcius (ou inversement) en utilisant la relation suivante :
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T (en K) = \(\theta\)(°C) + 273,15
Répartition de l'énergie solaire reçue sur Terre
La puissance radiative notée « P » sur Terre est l'énergie du rayonnement solaire qui est reçue sur une surface d'un mètre carré en une seconde (unité : W.m-2).
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L'énergie solaire « E » reçue sur une surface d'un mètre carré en une seconde est donnée par la relation suivante :
E = P x t
Ordre de grandeur de cette énergie : 1000 J
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E en Joule ( J )
P en Watt (W)
t en seconde (s)
En un point donné, le rayonnement solaire reçu par la Terre varie dans le temps, il dépend :
de l'heure (variation diurne) car la position du Soleil varie dans le ciel.
du moment de l'année (variation saisonnière) : l'axe de révolution de la Terre sur elle-même étant incliné par rapport au plan dans laquelle elle tourne autour du Soleil (plan de l'écliptique), les hémisphères n'ont pas la même inclinaison vers le Soleil au même moment de l'année.
de la latitude (zonation climatique) : la surface qui reçoit la rayonnement augmente avec la latitude.
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Complément :
Puissance solaire reçue au sol en fonction de la latitude :
Pour un faisceau solaire de puissance donnée, la surface au sol “éclairée” à midi augmente avec la latitude.
À l'équateur le rayonnement solaire est perpendiculaire au sol, cet angle (angle d'incidence) diminue en montant en latitude.
Aux pôles, le rayonnement est rasant.
Surface éclairée en fonction de la latitude : modélisation Geogebra
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Exercices :
Exercices du Livre Scolaire :
n°2 page 77 ; n°3 ; 4 & 5 page 78, n°6 page 79
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Exercice complémentaire n°1 :
Document 1 : températures moyennes à Nevers entre 1991 et 2021
janvier | février | mars | avril | mai | juin | juillet | août | septembre | octobre | novembre | décembre | |
Température maximale (°C) | 6.6 | 7.8 | 11.8 | 15.3 | 18.8 | 23 | 25 | 24.8 | 21.1 | 16.8 | 10.6 | 7.3 |
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1. Calculer la valeur moyenne annuelle de la température maximale entre 1991 et 2021.
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Document 2 : températures maximales au mois de juillet 2022
2. Tracer la courbe montrant l'évolution de la température maximale entre le 01 juillet et le 31 juillet 2022 à partir de ce site web.
3.1. Quelle est la puissance radiative minimale reçue à Nevers pour ce mois de juillet 2022 et la puissance radiative maximale.
3.2. Expliquer la différence observée.
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