Enseignement scientifique première
Durée 1h – 10 points – Thème « Le Soleil, notre source d’énergie »
Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions ; une partie de ce rayonnement est reçue par la Terre et constitue une source d’énergie essentielle à la vie. De même, l’atmosphère terrestre contribue à créer des conditions propices à la vie sur Terre.
Partie 1. Le rayonnement solaire
Document 1 : spectre du rayonnement émis par le Soleil en fonction de la longueur d’onde
D’après https://www.ilephysique.net/img/forum_img/0258/forum_258713_1.jpg
La relation entre la température en degrés Celsius θ (°C) et la température absolue T en kelvins (K) est : T(K) = 273 + θ(°C).
Le Soleil peut être modélisé par un corps noir, qui émet un rayonnement thermique correspondant à une température d’environ 5800 K.
La loi de Wien est la relation entre la température de surface T d’un corps et la longueur d’onde λmax au maximum d’émission :
λmax ×T=2,90×103 m.K avec T en kelvins et λmax en mètres.
1- Déterminer approximativement, à partir du document 1, la valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors atmosphère ?
La valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors atmosphère est λmax=500 nm
2- Justifier par un calcul que dans l’hypothèse où le soleil est modélisé par un corps noir, sa température de surface est voisine de 5800 K.
![\[\lambda_{max} \times T=2,90\times 10^{-3}\]](https://physik.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6a3191446aa23b88d9051ef2ba9771dd_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[T=\frac{2,90\times 10^{-3}}{\lambda_{max}}\]](https://physik.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-27162c3062a9170e80963f1f332baa37_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[T=\frac{2,90\times 10^{-3}}{500\times 10^{-9}}\]](https://physik.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-33deede3de9e24a389de30e951a6cbbb_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
T=5800 K
Document 2 : schéma du bilan énergétique terrestre
Le schéma précédent présente les flux énergétiques émis, diffusés et réfléchis par les différentes parties de l’atmosphère. L’albédo terrestre moyen est de 30 %.
Les flèches pleines correspondent à des transferts radiatifs. Les flèches hachurées correspondent à des transferts mixtes- radiatifs et non radiatifs.
Sont précisés : les puissances par unité de surface associées à chaque transfert et le pourcentage qu’elles représentent relativement à la puissance solaire incidente (342 W∙m-2).
Document créé par l’auteur
3- Définir l’albédo terrestre à l’aide de vos connaissances.
L’albédo est le rapport de la puissance de rayonnement réfléchi par la puissance de rayonnement reçu.
4- À partir des valeurs indiquées dans le document 2, montrer que le bilan énergétique à la surface de la Terre est équilibré, autrement dit que la puissance que la Terre reçoit est égale à celle qu’elle fournit à l’extérieur. Montrer que cela est également le cas pour le système global Terre-atmosphère.
Bilan énergétique à la surface de la Terre :
Puissances recues=168+324=492 W/m2
Puissances perdues=492 W/m2
Le bilan énergétique à la surface de la Terre est équilibré.
Bilan énergétique système global Terre-atmosphère:
Puissances recues=324 W/m2
Puissances perdues=77+30+195+40=342 W/m2
Le bilan énergétique système global Terre-atmosphère est équilibré.
Partie 2. La conversion de l’énergie solaire
Document 3 : spectre des chlorophylles
Les organismes chlorophylliens renferment de nombreux pigments photosynthétiques comme les chlorophylles a et b, et les caroténoïdes. En faisant traverser par de la lumière blanche (spectre 1), des solutions contenant chacune un seul de de ces pigments, on obtient les spectres suivants : chlorophylle a (spectre 2), chlorophylle b (spectre 3) et caroténoïdes (spectre 4).
D’après http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp233.html
1- Pour chacune des propositions suivantes (5.1 à 5.3), indiquer la bonne réponse.
5-1- Ces différents spectres nous permettent alors :
a- de déterminer la température de la plante.
b- d’en déduire la composition chimique des pigments.
c- d’en déduire les longueurs d’ondes absorbées par chaque pigment photosynthétique.
d- d’en déduire la quantité de chaque pigment.
c-d’en déduire les longueurs d’ondes absorbées par chaque pigment photosynthétique.
5-2- Dans la cellule, l’énergie solaire captée par les pigments photosynthétiques :
a- permet la synthèse de la matière minérale.
b- permet la synthèse de la matière organique.
c- permet la consommation de matière organique.
d- permet la consommation de dioxygène.
b-permet la synthèse de la matière organique.
5-3- L’être humain est dépendant de l’énergie solaire utilisée par les plantes pour son fonctionnement car, en présence de lumière et lors de la photosynthèse, les plantes produisent :
a- matière organique et O2 .
b- matière organique et CO2 .
c- matière minérale et O2 .
d- matière minérale et CO2.
a-matière organique et O2 .