cours rayonnement dans l`univers

Cours TS « rayonnement dans l’univers »
Le soleil : source de rayonnement.
Notions du programme mises en jeu :
-Extraire et exploiter des informations sur l’absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre et ses
conséquences sur l’observation des sources de rayonnements dans l’univers.
-Connaitre des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet.
Document n°1 : Rappel concernant le soleil
source : https://sites.google.com/site/tpesoleil2012/fayolle/composition-des-rayons
Le Soleil est l’étoile centrale de notre système solaire.
Elle est composée essentiellement d’hydrogène (78,4 %
de la masse) et d’hélium (19,6 % de la masse), les 2%
restant étant composé d'autres éléments chimiques dont
les principaux sont l'oxygène et le carbone.
En son centre, les noyaux d’hydrogène H se lient par 4
pour former 1 noyau d’Hélium He. Cette réaction
génère beaucoup d’énergie !
Le Soleil représente à lui seul 99,86 % de la masse du système solaire ainsi constitué (Jupiter représentant
plus des deux tiers de tout le reste).
Le Soleil émet un rayonnement de
type électromagnétique (ou ondes
électromagnétiques).
La lumière blanche nous parvient en très peu de temps, elle met cependant en moyenne environ 8 minutes
et 19 secondes a nous parvenir car il se déplace à la vitesse de la lumière, soit 299 792 458 m.s-1.
Ce rayonnement constitue un spectre continu allant des ultraviolets à l'infra-rouge en passant par le visible ou il émet avec le
maximum d'intensité.
Cependant, en traversant la chromosphère du Soleil et
l'atmosphère de la Terre, les atomes qui les composent absorbent
certains photons. (Voir schéma si dessus)
Le spectre alors observable depuis la surface de la Terre est donc
un spectre de raies d'absorptions (voir ci-contre)
Ainsi, à la surface de la Terre le rayonnement solaire comprend
: 5% d'ultra-violet, 40% de lumière visible et 55% d'infrarouge, les IR étant porteurs de l'essentiel de l'énergie thermique.
Le rayonnement solaire peut être considéré comme un ensemble
de photons, particules transportant chacune une quantité d'énergie appelée "quantum d'énergie" et
notée"∆E ".
L'énergie d'un photon de fréquence υ (en hertz), dont la longueur d'onde λ (en mètre) est égale à la célérité
divisée par υ, est exprimée par la relation :
∆E= h x υ = (h x c) / λ
Où : h étant la constante de Planck c'est-à-dire 6,63.10-34 Joules par seconde.
Ainsi, les photons composant le rayonnement ultraviolet, du fait de leur longueur d'onde, transportent un
quantum d'énergie plus important que les photons composant le rayonnement infrarouge.
Document n°2 : Ondes électromagnétiques
Source : moi
C’est la propagation d’une perturbation. Mais quelle
perturbation ? Dans le cas des ondes
électromagnétiques, les éléments perturbés sont les
champs électrique et magnétique.
On constate que spatialement la perturbation est périodique. Cette période spatiale est nommée longueur
d’onde, notée λ .
Document n°3 : Rayonnement solaire au sol. Source :
http://espacesvt.ac.rennes.fr/applic/images_sat/ondes/ondes.html
Document n°4 : Spectre électromagnétique
Source : http://www.polytech-lille.fr/cours-transistor-effet-champ/hyper/hyperc1.htm
Document n°5 : Utilité de l’étude du rayonnement. Source : Livre TS Nathan
Questions :
S’APPROPRIER : Rechercher, extraire et organiser l’information en lien avec une situation
1) Comment appelle-t-on le type de réaction qui a lieu au centre du soleil ?
2) Pourquoi les conditions présentent au centre du soleil sont propices à ce type de
réaction ?
3) Rappeler, à l’aide de vos connaissances (TP ou cours antérieurs) ce qu’est une onde de
façon générale ?
4) Quelles grandeurs sont perturbées dans le cas des ondes électromagnétiques ?
5) Qu’elles sont les caractéristiques principales des ondes électromagnétiques ?
REALISER : Effectuer un calcul simple
6) Justifier quantitativement la dernière phrase en italique du document n°1.
7) Qu’elle est l’unité de la longueur d’onde λ d’une onde électromagnétique ?
S’APPROPRIER : Rechercher, extraire et organiser l’information en lien avec une situation
8) En étudiant le document n°3, indiquer quelles parties du spectre émis par le soleil
atteignent le sol terrestre.
ANALYSER : Formuler une hypothèse et proposer une méthode pour la valider
9) Selon vous, peut-on observer les images données dans le document n°4 en ayant un
observatoire au niveau de la mer ? Justifier.
10) En couplant le tableau suivant avec le document n°4 ainsi que vos connaissances,
donner quelques sources d’ondes radio, de rayonnement Infra-rouge et Ultraviolet.
Type d’émetteur-récepteur
Gamme de fréquence
Puissance moyenne maximale
Télécommande TV
Le Bluetooth
3000 GHz
2400 MHz
0,001 W
1 mW - 2,5 mW
Le téléphone sans fil (domestique)
1900 MHz
0,01 W
Le Talkie-Walkie
446 MHz
900 MHz (2G), 1800 MHz (2G),
2100 MHz (3G)
2400 MHz ; 5000 MHz
0,5 W
0,1 W ; 0,2 W
La radio-identification RFID
Entre 0.14 MHz et 2400 MHz
0,01 W et 2 W
Le four à micro-ondes
2450 MHz
1000 W
Le téléphone mobile
Le Wi-Fi
0,25 W
Corps Humain
30000 GHz
-
Émetteur de télévision
de 47 à 68 MHz, de 174 à 230
MHz, de 474 à 855 MHz
780 000 watts
Émetteur Radio FM
de 87,5 à 108 MHz
Plusieurs centaines de milliers
watts
Source : Mr Krystek