Le rayonnement solaire - publié le 12/11/2021

Thèmes abordés

Rayonnement solaire, production d'électricité, énergie, hydrogène, ondes électromagnétiques, nucléaire, phénomène de réflexion, réfraction, loi de déplacement de Wien, radioactivité, masse d'une étoile

Résumé du document

Le rayonnement solaire, notamment l'énergie qui en résulte et qui est de plus en plus utilisée pour produire l'électricité, est essentiel à la vie sur notre belle planète Terre. Nous verrons aujourd'hui l'énergie (sa masse et les mécanismes aidant le soleil à créer de l'énergie), les ondes électromagnétiques, et la puissance radiative du soleil. L'énergie est produite au sein des étoiles, qui sont les sièges de réactions de fusion nucléaire (de l'hydrogène).

Extraits

[...] E est l'énergie libérée en joule, m la différence de masse en kilos (entre avant et après la réaction, ou plus précisément la différence pendant la réaction entre la perte de noyaux et la création de noyaux et de positrons faisant varier le poids) et c la célérité de la lumière dans le vide (constante fondamentale de la vitesse de la lumière estimée à 300 000km/s pour éviter d'être trop exact. Célérité : vitesse de propagation), car l'énergie va être rayonnée. Comment s'appelle exactement cette formule ? Il s'agit de la relation d'équivalence masse-énergie qui relie donc la perte de masse et l'énergie rayonnée. Par ailleurs m = E/c2. Petit + : si l'énergie rayonnée est inconnue, nous pouvons la calculer grâce à sa puissance de rayonnement en watts (notée et la durée de production d'énergie en secondes ; E=P*t. [...]

[...] Comme nous le savons, le soleil est une étoile qualifiée de jeune. Pour rappel la fusion repose sur le fait que les noyaux d'hydrogène sont consommés pour former des noyaux d'hélium (au centre des étoiles, nous appelons ce phénomène une fusion nucléaire stellaire ; 4 noyaux d'hydrogène = 1 noyau d'hélium + 2 positrons (antiparticules d'électrons, mais ce n'est pas très important de s'en souvenir). Ce sont donc ces réactions, ou plutôt l'énergie libérée, qui permettent de maintenir une température très élevée au cœur des étoiles et principalement au cœur du Soleil. [...]

[...] Par ailleurs, chaque couleur ou chaque radiation possède une longueur d'onde différente, ces dernières sont toujours notées par la lettre grecque lambda Le spectre d'émission thermique est une représentation graphique de la loi de Wien (prononciation vine) sur laquelle sont représentées des courbes désignant plusieurs températures du corps noir associées à l'intensité du rayonnement. Chacune des courbes représente l'allure générale du profil spectral, car ce dernier varie énormément. Par exemple, les étoiles possèdent des atmosphères dont les gaz absorbent une partie du rayonnement émis. Loi de déplacement de Wien : plus la température est élevée plus l'intensité l'est aussi, à l'inverse de la longueur d'onde qui baisse lorsque la température augmente. [...]

[...] en fonction de ces normales nous regarderons l'angle créé avec un rayon lumineux arrivant d'un côté et venant frapper la Terre. Plus l'angle sera important, plus la perte d'énergie sera grande (c'est pour cela que les deux pôles sont les moins chauffés, l'angle d'incidence étant de 90°). Certains critères vont modifier ces angles au cours du temps : la rotation de la Terre sur elle-même, l'inclinaison de l'axe des pôles, et sa révolution autour du Soleil. Cette énergie est la base de la température de surface terrestre ainsi que de nombreux phénomènes climatiques. [...]

[...] lmax = longueur d'onde d'émission maximale (en mètres). Selon l'énoncé de l'exercice, la constante 2.90 pourra être donnée avec plus ou moins de précision et donc de décimales (comme 2.898 Nous pouvons aussi inverser T et lmax pour trouver la température absolue de surface. C'est grâce à cela que nous pouvons connaître la température d'une étoile uniquement par la lumière qu'elle émet. Pour en revenir au sujet principal du Soleil, l'énergie reçue sur Terre dépend de plusieurs facteurs. Puissance radiative du soleil Nous allons nous intéresser à la puissance énergétique reçue de la part du Soleil sur la Terre, nous allons donc voir l'énergie reçue sur cette planète par ondes électromagnétiques et par unité de temps. [...]