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1 / Dossier Pédagogique / / exposition / / le Soleil et ses énergies /

2 / Observation du Soleil / / Le solarscope / Utilisation Observation du soleil avec le solarscope (par temps beau!). Placez correctement la lunette face au soleil et observez à l intérieur la projection du soleil sur le fond blanc sur solarscope : pratique pour observer les éclipses et les tâches solaires! Attention : ne pas regarder à travers la lunette, cela peut-être dangereux!

3 / Application basses températures / / La création de chaleur, une question de couleur et de matériau / L objectif de cette manipulation est d observer les effets des couleurs et des matériaux sur la création et la conduction de la chaleur. Utilisation Allumez les lampes, attendez quelques minutes et touchez les surfaces avec la main, que remarquez-vous Interprétation La lumière blanche est un mélange des couleurs du spectre lumineux (couleurs visibles et invisibles, notions de longueurs d ondes). Un objet exposé à la lumière absorbe une partie du spectre et renvoie le rayonnement restant, c est l albedo. Ainsi, un objet nous apparaît vert quand il nous renvoie le spectre lumineux vert. L objet que nous voyons blanc réfléchit toutes les couleurs du spectre. Au contraire, l objet nous paraît noir quand il absorbe toute le rayonnement et n en réfléchit aucun. L absorption des rayons lumineux par un objet dégage une énergie qui se traduit par une production de chaleur. verre bois surface métallique surface blanche surface noire

4 / Application basses températures / Quelle couleur chauffe le plus? Chaque couleur capte et absorbe différemment l énergie des rayons lumineux. Le matériau, ça change quoi? La plaque noire produit une grande quantité d énergie et transmet ainsi une plus grande quantité de chaleur que la plaque blanche ou grise. Le blanc renvoi la quasi totalité des rayons lumineux et ne produit quasiment pas de chaleur. La température de la plaque métallique est intermédiaire. Comparaison de la plaque métallique et de la plaque en verre : certains matériaux chauffent plus que d autres, c est-à-dire qu ils conduisent mieux la chaleur que d autres. On remarque que le métal conduit mieux la chaleur que le verre. Un conducteur thermique conduit la chaleur d un point à un autre par un phénomène de conduction. Un bon conducteur transmet facilement la chaleur d un point à un autre. Un mauvais conducteur empêche la chaleur de passer d un point à un autre : on l appelle aussi isolant thermique. Energie lumineuse plaque grise plaque noire plaque blanche Chaleur

5 / Application basses températures / Comment fonctionne un capteur thermique? Un panneau solaire thermique (ou capteur thermique) est un dispositif destiné à récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en chaleur. Un capteur thermique est généralement placé sur une toiture et orienté plein sud afin de capter le maximum de rayons lumineux. Il est composé à l intérieur de tuyaux transportant un liquide caloporteur qui, une fois chaud, chauffera l eau sanitaire de la maison. Comment la chaleur est-elle créée? La capteur thermique comporte à sa surface des plaques en métal noires (couleur et matériau créant et conduisant le mieux la chaleur). Le tout est recouvert de verre trempé visant à protéger le panneau mais aussi à garder la chaleur (effet de serre) : le verre est un isolant thermique laissant passer les rayons lumineux.

6 / Application basses températures / Le radiomètre Cet instrument est un récepteur passif collectant des rayonnements émis. Les surfaces noires absorbent le rayonnement et s'échauffent plus que les surfaces naturelles qui réfléchissent la lumière. Les molécules du gaz à l'intérieur du radiomètre s'échauffent du coté noir (création de chaleur) et acquièrent donc une vitesse plus élevée, responsable de la pression cinétique. La pression sur la face noire étant plus forte que la pression sur la face naturelle, le moulin tourne dans le sens trigonométrique.

7 / La spectroscopie / / La décomposition de la lumière / Le spectroscope : Interprétation Utilisation Observer à travers le spectroscope le spectre de plusieurs sources lumineuses : soleil, lampe à incandescence, lampe à néon Le spectroscope est un appareil destiné à observer les spectres lumineux. A l intérieur, il est équipé d un prisme (objet transparent en forme de triangle) qui décompose la lumière et permet de voir les couleurs qui la compose. On remarque que la lumière du soleil réunit toutes les couleurs de l arc-en-ciel : une infinité de couleurs (on parle aussi de longueurs d ondes) allant du violet au rouge c est le spectre continu de la lumière blanche. En fait, beaucoup d autres couleurs nous parviennent mais nous sommes incapables de les voir! Le spectre de la lampe à incandescence se rapproche de celui du soleil. Mais le spectre de la lampe à néon ou lampe à diode est totalement différent : certaines couleurs sont manquantes! On a affaire alors à des raies d émissions.

8 / La concentration solaire / / Le moteur Stirling / Description Dans sa description la plus simple, le moteur Stirling est constitué d'un cylindre renfermant du gaz et d'un piston récupérant l'énergie mécanique. Le gaz utilisé est enfermé, c'est toujours le même qui est mis à contribution. Autre caractéristique : l'énergie est fournie à l'extérieur du cylindre, d'où les appellations "moteur à air chaud" ou "moteur à combustion externe" que l'on peut lire parfois. Application solaire : quand on met à profit l'énergie du soleil, on utilise une parabole réfléchissante qui concentre les rayons du soleil en un seul point : le foyer de la parabole où l on installe le moteur Stirling. La variation de température va détendre et compresser le gaz présent dans le piston, faisant ainsi bouger celui-ci. L énergie mécanique ainsi créée peut servir à fabriquer de l électricité. parabole foyer moteur de Stirling Interprétation A utiliser par temps bleu! La parabole doit être présentée face au soleil de telle sorte à ce que les rayons lumineux se concentrent au foyer (attention, celui-ci devient très

9 / La concentration solaire / chaud au bout de quelques secondes! Ne pas y mettre les doigts!). Pour se rendre compte de la chaleur créée au foyer, un morceau de papier peut-être mis en contact avec le foyer : celui-ci commence à brûler au bout de quelques secondes! Pour lancer le moteur de Stirling, il faut attendre que le foyer soit très chaud et il faut ensuite amorcer à la main la petite roue sous la parabole, celle-ci entraîne ensuite le piston.. Interprétation Voici, au point de vue énergétique, les transformations successives : ENERGIE LUMINEUSE (rayons du Soleil se reflétant sur la parabole) ENERGIE THERMIQUE (chaleur créée au foyer) ENERGIE MECANIQUE (le piston mis en mouvement grâce à la détente et compression de l air) ENERGIE ELECTRIQUE (si le piston est relié à une génératrice)

10 / La concentration solaire / Fonctionnement du piston à l intérieur du moteur de Stirling Autre applications de la concentration solaire à basse température le cuiseur solaire à concentrateur le cuiseur solaire à effet de serre

11 / Energies renouvelable et électricité / / Le kit INVICTA sur les énergies renouvelables : comment fabriquer de l électricité / Utilisation Ce petit kit permet de faire l inventaire des différentes énergies renouvelables permettant la fabrication de l énergie électrique : - L éolien : en utilisant la force du vent - La cellule photovoltaïque : en utilisant le rayonnement lumineux - La turbine : en utilisant la force de l eau. Les appareils (éoliennes ) s adaptent facilement sur le support et plusieurs appareils de visualisation de création d électricité sont aussi facilement interchangeable (diodes, ampèremètre, buzzer ).

12 / Energies renouvelable et électricité / / La pile à combustible / Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air. La manipulation 1. fabrication de l hydrogène Une station solaire équipée de panneaux photovoltaïques fabrique de l électricité visant à faire fonctionner l électrolyse. L électrolyse utilise de l eau déminéralisée pour séparer l oxygène et l hydrogène de la molécule d eau. L oxygène est libéré et l hydrogène stocké (c est le carburant!) 2. la pile à combustible L hydrogène ainsi créé est utilisé par la pile à combustible pour fabriquer de l électricité qui alimentera le moteur électrique. La pile à combustible utilise l hydrogène stocké (le carburant) et l oxygène de l air pour créer un courant électrique.

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