Sciences 10 Ch 10 - Notes eleves

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Sciences 10 - Module 4: Le transfert d’énergie dans les systèmes naturels
Chapitre 10: La théorie cinétique moléculaire explique le transfert d’énergie thermique
10.1 La température, l’énergie thermique et la chaleur
 La ______________________________________________ explique que toute matière est faite de
particules et que l’énergie cinétique fait constamment bouger ces particules.
o En état solide, les particules sont très près les uns des autres et ils vibrent lentement.
o En état liquide, les particules sont un peu plus éloignées et ils glissent.
o En état gazeux, les particules sont éloignées et ils bougent librement.
 Au moment où les particules entrent en collision, l’énergie cinétique est transférée entre elles.
 Les particules d’une substance pure ont une énergie cinétique différente puisqu’ils se déplacent à
différentes vitesses et dans différentes directions.
 La ______________________ est une mesure indirecte de l’énergie cinétique moyenne de toutes les
particules dans un échantillon.
o 3 différentes échelles numériques sont utilisées pour mesurer la température : Fahrenheit,
Celsius et Kelvin.
 L’échelle Fahrenheit est utilisée depuis 1724.
 L’échelle Celsius a été invente en 1745 et elle est maintenant utilisée dans le monde
entier puisque qu’elle a été intégrée au système métrique.
 Cette échelle est basée sur 2 points fixes : le point de congélation de l’eau pure
(0˚C) et le point d’ébullition de l’eau pure (100˚C).
 L’échelle de Kelvin est basée sur le 0 absolu : la température à laquelle les particules
n’ont pas d’énergie cinétique.
 L’énergie _____________ est l’énergie totale de toutes les particules dans un solide, liquide ou gaz.
o Ex. Un grand bol de soupe a plus d’énergie thermique qu’un petit bol de soupe (même s’ils ont
tous les 2 la même température).
 L’énergie potentielle est de l’énergie emmagasinée.
o Ex. Quand tu soulèves un livre, son énergie potentielle gravitationnelle augmente.
o Ex. Les forces électriques d’attraction entre les atomes et les molécules leur donnent de
l’énergie potentielle.
 La _____________________ est la quantité d’énergie thermique qui est transférée d’un endroit ou
d’un objet de température élevée à un endroit ou à un objet de plus basse température.
 L’énergie thermique peut être transférée de 3 façons : par conduction, par convection ou par
rayonnement.
o La conduction est le transfert d’énergie thermique d’une substance à une autre par contact
direct des particules.

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 Elle transfère l’énergie thermique de la matière ayant une température et une énergie
cinétique élevées vers de la matière ayant une température et une énergie cinétique plus
faibles.
 Les conducteurs thermiques sont des matériaux qui transfèrent facilement l’énergie
thermique.
 Ex. Les métaux
 Les _________________ ne transfèrent pas facilement l’énergie thermique.
 Ex. L’air, la neige, le bois, la mousse de polystyrène
o La convection est le transfère d’énergie thermique dans un fluide qui se produit à cause du
déplacement des particules dans le fluide.
 La matière et l’énergie thermique sont transférées.
 Ex. Les nuages dans le ciel
 Quand des particules se déplacent et que leur énergie cinétique augmente, elles
s’éloignent les unes des autres et ceci diminue leur masse volumique (densité).
 Ex. Dans un chaudron d’eau bouillante, l’eau chaude monte car elle est moins
dense. À la surface, l’eau se refroidit, se contracte et coule au fond, où elle est
réchauffée et remise en circulation.
 Un __________________________________ est le mouvement d’un fluide causé par
des différences de masse volumique.
 Ex. Les fours à convection, les générateurs d’air chaud
o Le rayonnement électromagnétique est le transfert d’énergie par des ondes qui se déplacent
dans toutes les directions à partir d’une source.
 Les ondes électromagnétiques rayonnent dans l’espace même s’il n’y a pas de matière.
 L’énergie rayonnante est l’énergie qui transporte les ondes électromagnétiques.
 Le seul rayonnement qu’il est possible de voir est la lumière visible.
 Nous pouvons sentir sur notre peau le rayonnement infrarouge (rayonnement
thermique).
 Le _________________________________ est formé de lumière visible ainsi que de
rayonnement infrarouge et d’autres types de rayonnements.
 Toute matière d’une température supérieure au zéro absolu émet de l’énergie sous forme
de rayonnement.
 Ex. L’énergie thermique résiduelle de la formation de la Terre et la décomposition
des éléments radioactifs souterrains chauffent la Terre.
 La matière absorbe, reflète ou transmet des rayonnements.
P. 426 questions 1-3, P. 427 questions 1-3, P. 428 questions 1-4, P. 430 questions 1-
4 et P. 435 questions 1-10
10.2 Le transfert d’énergie dans l’atmosphère
 Une ___________________ est une couche de gaz qui s’étend au dessus de la surface d’une planète.
 La Terre est la seule planète connue qui possède de l’eau à l’état solide, liquide et gazeux.
 La composition des roches qui se sont formées sur la Terre primitive a amené les scientifiques à
penser que l’atmosphère a déjà été très différente de celle que nous connaissons actuellement.
o Elle était composée de gaz libérés par des éruptions volcaniques : plus de 50% de vapeur d’eau
combinée a du CO2, des gaz soufrés, H2, mais pas d’oxygène gazeux.

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o L’oxygène gazeux est apparu quand la lumière solaire a décomposé les molécules d’eau dans
la haute atmosphère.
o L’équilibre entre le CO2 et O2 s’est établit dans l’atmosphère avec l’apparition des organismes
photosynthétiques unicellulaires.
 Les 2 principaux gaz de la basse atmosphère sont N2 et O2 (ils représentent 99% de l’air sec).
 La majeure partie du 1% est de l’argon gazeux et du CO2 (l’atmosphère contient aussi de petites
quantités H2, d’hélium, de méthane et O3 sous forme gazeuse.
o La composition de l’atmosphère reste assez constante jusqu'à une altitude d’environ 80km au-
dessus du niveau de la mer.
 La couche terrestre est formée de 5 couches qui ont différentes altitudes moyennes, compositions
chimiques, températures moyennes, et densités.
 Les 5 couches sont : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère, et l’exosphère.
o La __________________________ est la couche inferieure de l’atmosphère terrestre.
 Son épaisseur moyenne est d’environ 10km (8km aux pôles et 16km a l’équateur).
 Elle est la plus dense des couches et contient presque toute la vapeur d’eau de
l’atmosphère.
 Les phénomènes météorologiques ont lieu dans cette couche; le rayonnement solaire et la
chaleur émis par la surface terrestre influencent l’air de la troposphère et y cause le
déplacement constant de l’air.
 Cette couche contient la plupart des particules de matière (poussière) de l’atmosphère,
incluant les polluants, les grains de pollen, la cendre volcanique, etc.
 La température diminue d’environ 6.5˚C à chaque km d’altitude; la température au bas de
la troposphère est environ 15˚C et au sommet est environ -55˚C.
o Au sommet de la troposphère, il y a une zone de transition appelée la tropopause.
o La couche suivante est la __________________________.
 La stratosphère est formée d’air sec et de quelques nuages.
 Sa partie inferieure a une température assez constante d’environ -55˚C.
 Sa partie supérieure devient légèrement plus chaude avec l’altitude; à son sommet (a
environ 50km), les températures peuvent atteindre 0˚C.
 Les vents de la stratosphère sont forts et constants.
 La stratosphère agit comme une barrière qui aide à retenir l’humidité dans la troposphère
et qui bloque le rayonnement nocif du Soleil.
 La couche d’ozone est une partie importante de la stratosphère.
 L’__________________ est une molécule formée de 3 atomes d’oxygène.
 Même s’il y a seulement environ 12 molécules d’ozone pour chaque million
d’autres molécules de la couche d’ozone, cette couche absorbe la plupart du
rayonnement ultraviolet du Soleil.
 Cette absorption du rayonnement réchauffe la stratosphère.
o La _________________________ s’étend d’environ 50-80 km au dessus du niveau de la mer.
 Sa température peut atteindre -100˚C.
 Chaque jour des millions de petites particules de poussière et de météorites s’écrasent
dans cette couche.

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 La collision entre ces particules et celles de la mésosphère libère de l’énergie
thermique et brûle les débris spatiaux (les débris spatiaux en combustion sont des
étoiles filantes).
o La _________________________ s’étend d’environ 80-500km au dessus du niveau de la mer.
 Au sommet de cette couche, le rayonnement solaire est le plus fort; il cause des
températures de 1500-3000˚C.
 Quand les particules chargés du champ magnétique de la Terre entre en collision avec
des particules de la thermosphère, on peut voir une vive luminescence.
 Dans l’hémisphère Nord, on appelle cette luminescence une aurore boréale.
o Le sommet de l’exosphère se mêle à l’espace à une altitude d’environ 700km.
 Même si seulement une minuscule partie du rayonnement solaire atteint la Terre, presque toute
l’énergie de la Terre vient du Soleil.
 Les ondes de rayonnement solaire transforment leur énergie quand elles sont absorbées par la
matière.
 La plus grande partie de l’énergie solaire est convertie en énergie thermique.
 La quantité de rayonnement solaire qui atteint une certaine région est appelée l’_________________.
o L’insolation est mesurée en watts par mètre carré (W/m2).
o Les particules de matière dans l’atmosphère interagissent avec le rayonnement solaire et ceci
réduit l’insolation à la surface de la Terre.
o Les régions situées aux hautes latitudes reçoivent moins de rayonnement.
 L’______________________________ est l’angle formé par un rayon qui atteint une
surface et une ligne perpendiculaire à cette surface.
 À l’équateur, l’angle d’incidence des rayons du Soleil est do 0˚C.
 À de plus hautes latitudes, l’angle d’incidence des rayons du Soleil est plus grand; la
même quantité de rayonnement solaire incident est repartie sur une plus grande surface.
o Une faible quantité de rayonnement solaire chauffe directement l’atmosphère.
 Le rayonnement solaire est formé de courtes longueurs d’ondes; certaines de ces ondes
traversent l’atmosphère et atteignent la surface de la Terre, où elles sont absorbées.
 La surface de la Terre renvoie une partie de cette énergie sous forme de rayons de plus
grande longueur d’onde ou de rayons infrarouge (l’atmosphère absorbe le rayonnement
infrarouge).
 La convection transfère l’énergie thermique dans la partie inferieure de la troposphère.
 Le sol transfère l’énergie thermique aux particules d’air situées directement au-dessus de
lui; ce qui augmente la température de l’air.
o En moyenne, 342 W/m2 de rayonnement solaire atteignent le sommet de l’atmosphère terrestre.
o La Terre a un ___________________ qui maintient l’équilibre entre l’énergie qui entre et celle
qui sort.
o Les nuages (15%) et la poussière dans l’atmosphère (7%) reflètent le rayonnement solaire
incident; les nuages et l’atmosphère en absorbent 20%.
o Environ 58% atteint la surface de la Terre, mais seulement une partie est absorbée par le sol et
l’eau.
o La surface terrestre reflète environ 9% du rayonnement solaire incident vers l’espace.
o Un certain # de sources réémettent l’énergie absorbée sous forme de rayonnement de plus
grandes longueurs d’ondes : l’évaporation et la sublimation de l’eau (23%), la conduction et la
convection (7%) et le rayonnement infrarouge de la surface terrestre (19%).

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o Les nuages et les gaz piègent temporairement une grande partie du rayonnement de la surface
terrestre, puis ils le libèrent dans toutes les directions (y compris l’espace).
 L’_________________ décrit la quantité de rayonnement reflétée par une surface; elle dépend
grandement de la couverture végétale ou du sol.
o Les régions couvertes de neige et de déserts ont un albédo élève, et un grands # de forêts et de
sols ont un albédo faible.
o Les activités humaines, que ce soit le déboisement ou des activités qui polluent l’air, peuvent
modifier l’albédo de la surface terrestre.
 Les conditions métrologiques sont les conditions de l’atmosphère à un endroit particulier et à une
période donnée.
o Elles décrivent toutes les caractéristiques de l’atmosphère, incluant la température, la pression
atmosphérique, l’humidité l’air, la vitesse et la direction du vent, etc.
o La convection de l’air cause diverses conditions météorologiques observées à la surface de la
Terre.
 La __________________ est la force par unité de surface.
 La pression atmosphérique (pression de l’air), est la pression exercée par la masse d’air qui se
trouve au dessus de tout point de la surface terrestre.
 Un __________________ mesure la pression atmosphérique; de légers changements de la pression
atmosphérique causent la dilatation ou la contraction de la capsule faite d’un métal flexible.
 L’unité métrique de la pression atmosphérique est le pascal (Pa = N/m2).
1. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est d’environ 100kPa ou 1kg/cm2 ou 1atm.
 Quand tu montes en altitude, la densité de l’air diminue.
2. Quand on chauffe des particules, ils gagnent de l’énergie cinétique et se déplacent plus
rapidement.
 L’air chaude est moins dense que l’air froide puisque les molécules de gaz sont plus
éloignés les unes des autres.
3. L’___________________ décrit la quantité de vapeur d’eau dans l’air.
 Plus il y a de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, plus l’air est léger puisque l’oxygène
gazeux et l’azote gazeux sont plus lourds que la vapeur d’eau.
 L’humidité spécifique est la quantité totale de vapeur d’eau présente dans l’air; elle
s’exprime en # de grammes de vapeur d’eau par kilogramme d’air (g/kg) ou en # de
grammes de vapeur d’eau par mètre cube d’air (g/m3).
 Quand la température de l’air augmente, sa capacité à contenir de la vapeur d’eau
augmente; l’air devient saturé quand l’humidité spécifique est égale à la capacité de l’air
de retenir de l’eau à une certaine température, appelée le point de rosée.
 Quand l’air se refroidit en dessous du point de rosée, la vapeur d’eau se condense.
 Généralement, la quantité de vapeur d’eau dans l’air est plus basse que la quantité requise
pour saturé l’air à une température donnée.
 L’humidité relative compare la quantité de vapeur d’eau dans l’air à la quantité
que l’air pourrait contenir si elle était complètement saturée.
 Ex. Une humidité relative de 50% signifie que l’air est à moitie saturé.
 Les _______________________ sont des scientifiques qui étudient les conditions météorologiques.
o Ils utilisent les mesures de la pression atmosphérique pour prédire les changements des
conditions atmosphériques.