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Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 4
Activité 2 - en groupe
L'énergie solaire inégalement répartie sur Terre
15 professeurs ont participé à cette page
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Doc. 1Une analogie pour mieux comprendre
Cette analogie permet de mieux se représenter
l'influence de l'angle d'incidence i d'un
rayonnement sur la répartition de l'énergie
sur une surface plane. Un même rayonnement
incident (matérialisé ici par un paquet
de crayons), portant donc la même énergie,
se répartit sur des surfaces différentes suivant
l'angle d'incidence i adopté.
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Doc. 2Une mesure expérimentale de l'éclairement en fonction de l'angle d'incidence
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a. Protocole expérimental
- Installer l'application Phyphox sur deux smartphones.
- Placer les smartphones sur un support inclinable :
- un smartphone mesure la valeur de l'éclairement ;
- le second mesure l'inclinaison \alpha du support.
- Trouver la valeur d'angle absolu \alpha_{\max } pour laquelle l'éclairement est le plus important.
- Faire varier l'inclinaison \alpha de 10° en 10° et noter la valeur de l'éclairement mesuré dans un tableur.
- Calculer l'angle d'incidence i avec i=\left|\alpha-\alpha_{\max }\right|.
b. Valeurs théoriques
| Angle d'incidence (°) | Rayonnement intercepté (%) |
|---|---|
| 0 | 100 |
| 10 | 98,5 |
| 20 | 94,0 |
| 30 | 86,6 |
| 40 | 76,6 |
| 50 | 64,3 |
| 60 | 50,0 |
| 70 | 34,2 |
| 80 | 17,4 |
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Questions
1. Identifiez le(s) facteur(s) influençant l'éclairement,
c'est-à-dire la puissance solaire reçue par une surface
terrestre donnée.
2.
Travail en groupe
Vous expliquerez :- les variations de température suivant
le moment de la journée ;
- les variations de température suivant
la latitude, à l'origine des climats ;
- les variations de température suivant
le moment de l'année, à l'origine des saisons.
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Groupe 1 Une réception inégale suivant l'heure de la journée
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Seul(e)
Procéder à des relevés réguliers de température au cours d'une journée, en veillant à fixer tous les autres paramètres et en relevant les résultats dans un tableur qui sera partagé.
En groupe
Présenter l'ensemble des résultats du groupe de façon graphique (voir fiche méthode « Présenter des résultats » ).
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Doc. 3L'évolution de la température et de la puissance solaire reçue suivant l'heure
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Mesures effectuées la journée du 29 octobre 2018 au lycée Clément Ader à Bernay (Normandie). Ce lycée participe, comme des dizaines d'autres établissements, à la collecte de données météorologiques au sein du réseau « Météo à l'école ».
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Allez plus loin dans l'exploitation
des données de
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Doc. 4La position apparente du Soleil
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Tracé de la trajectoire apparente du Soleil en France en automne.
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la trajectoire apparente du Soleil
au cours de la journée.
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Doc. 5Le bilan énergétique qualitatif du sol
en fonction de l'heure de la journée
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Le sol émet sans cesse de l'énergie, sous forme de rayonnement infrarouge. Entre les points A et B, le sol reçoit plus d'énergie qu'il n'en émet. C'est l'inverse en dehors de cette période.
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Indicateurs de réussite
1. Avoir décrit par un mode de communication adapté
les variations de température au cours d'une journée.
2. Avoir identifié un facteur explicatif à ces variations
journalières.
3.
Oral
Avoir communiqué de façon rigoureuse les arguments
et la conclusion au reste de la classe.
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Enregistreur audio
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Groupe 2 Une inégale répartition suivant la latitude
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Mettre au point un protocole permettant de mesurer l'influence de la latitude \varphi sur
la surface de répartition d'un faisceau lumineux incident.
Attention : le globe terrestre devra être maintenu dans une position fixe tout le long de la manipulation, par exemple en situation d'équinoxe (voir document 10).
Attention : le globe terrestre devra être maintenu dans une position fixe tout le long de la manipulation, par exemple en situation d'équinoxe (voir document 10).
Liste du matériel disponible :
- globe terrestre ;
- projecteur ;
- système réglable pour porter le projecteur à hauteur voulue ;
- papier millimétré ;
- ruban adhésif.
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Doc. 6 Le planisphère recensant les températures moyennes sur la Terre et la carte des climats
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Doc. 7La répartition d'une énergie incidente
équivalente sur un objet sphérique
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Un même faisceau lumineux représente ici une même quantité d'énergie incidente provenant d'une source lumineuse lointaine.
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Doc. 8La carte mondiale de l'insolation terrestre
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Puissances surfaciques moyennes reçues sur une année.
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Protocole :
La manipulation à reproduire est celle montrée dans le doc. 7. À l'aide d'un globe terrestre et d'une lampe, dessiner la surface éclairée par le faisceau de la lampe en fonction de la latitude
La manipulation à reproduire est celle montrée dans le doc. 7. À l'aide d'un globe terrestre et d'une lampe, dessiner la surface éclairée par le faisceau de la lampe en fonction de la latitude
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Indicateurs de réussite
1. Avoir comparé les températures moyennes à la surface
aux valeurs moyennes de puissance surfacique reçue.
2. Avoir proposé une explication aux diff érences constatées
suivant la latitude.
3.
Oral
Avoir communiqué de façon claire et concise les
arguments et la conclusion au reste de la classe.
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Groupe 3 Une inégale répartition suivant le moment de l'année
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Mettre au point un protocole permettant de mesurer l'influence de l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport au plan de l'écliptique sur la surface de répartition d'un
faisceau lumineux incident.
Attention : les mesures devront être faites toujours au même lieu dans un hémisphère fixé (par exemple au niveau de la France). Le globe terrestre devra changer de position (par exemple solstice d'été vs solstice d'hiver).
Attention : les mesures devront être faites toujours au même lieu dans un hémisphère fixé (par exemple au niveau de la France). Le globe terrestre devra changer de position (par exemple solstice d'été vs solstice d'hiver).
Liste du matériel disponible :
- globe terrestre ;
- projecteur ;
- système réglable pour porter le projecteur à hauteur voulue ;
- papier millimétré ;
- ruban adhésif.
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Doc. 9Les cartes de températures aux solstices
de juin et de décembre
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Doc. 10Les positions relatives de la Terre
et du Soleil et la puissance surfacique reçue
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Positions relatives de la Terre et du Soleil au cours d'une année (selon les saisons dans l'hémisphère nord) et évolution de la puissance surfacique reçue pour quatre latitudes différentes dans l'hémisphère nord en fonction des mois de l'année.
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l'évolution de la puissance
solaire reçue par le globe terrestre de 2006
à 2013.
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Équinoxe : journée de l'année où le jour a une durée égale à celle
de la nuit. Il y en a deux par an (printemps et automne).
Plan de l'écliptique : plan défini par le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil.
Solstice : jour le plus long ou jour le plus court dans une année. Dans l'hémisphère nord, le solstice d'été survient aux alentours du 21 juin tandis que le solstice d'hiver se situe autour du 21 décembre.
Plan de l'écliptique : plan défini par le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil.
Solstice : jour le plus long ou jour le plus court dans une année. Dans l'hémisphère nord, le solstice d'été survient aux alentours du 21 juin tandis que le solstice d'hiver se situe autour du 21 décembre.
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Indicateurs de réussite
1. Avoir identifié les variations de température et d'insolation
d'un hémisphère donné en fonction de la saison.
2. Avoir émis une hypothèse explicative à cette observation
et testé cette hypothèse sur un modèle analogique.
3.
Oral
Avoir communiqué de façon claire et concise les
arguments et la conclusion au reste de la classe.
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah