Seconde EVALUATION N 6 (1h)

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1 Nom, Prénom, Classe :... Seconde EVALUATION N 6 (1h) Toutes les réponses doivent être rédigées et justifiées!! Après une lecture attentive des documents 1 à 7 fournis en annexe, répondre aux questions ci-dessous. A chaque fois qu une information est extraite d un document, vous devez citer le document (d après le doc n ) 1/ La Terre a un rayon r T = 6, km. Quel est le rayon du soleil? Donner le résultat en écriture scientifique. 2/ La production annuelle d électricité par les Terriens est de 600 milliards de milliard de Joules par an. Comparer, par une valeur chiffrée, cette valeur par rapport à l énergie produite par le soleil en 1 seconde. Commenter le résultat. (rappel : 1 milliard = 10 9 ) 3/ Dessiner le soleil en légendant celui-ci avec les mots suivants : chromosphère, cœur et photosphère. Indiquer également sur le schéma les températures connues de ces zones. 4/ Où sont situés les éléments qui vont absorber la lumière produite par la photosphère? Sous quelles formes sont-ils? 5/ Quelle propriété est mise en évidence sur le document 6. Indiquer les conséquences dans l observation d une étoile. 6/ Déterminer la température de l étoile dont le profil spectral est donné sur le document 2. 7/ Dessiner dans les cadres ci-dessous les spectres d émission du sodium et du dioxygène. Indiquer la couleur (s il y en a une) de chaque raie et si le fond est coloré ou noir. Sodium Dioxygène 8/ Montrer que le soleil contient l ion Ca +. 9/ Donner la composition du soleil à partir de l ensemble des informations qui figurent sur les documents en annexe. Justifier vos réponses. 10/ Le dioxygène ne fait pas partie des éléments qui entre dans la composition de la chromosphère de celuici. Pourtant, il apparait sur son spectre. Proposer une explication. 11/ Le soleil apparait plutôt jaune mais ce n est pas le cas de toutes les étoiles. En vous servant des documents 3 et 7, expliquer.

2 DOCUMENT 1 : Comprendre le spectre solaire Le Soleil est une boule dont le rayon fait environ 110 fois celui de la Terre! Au cœur, la température est de l ordre de 15 millions de degrés. Chaque seconde, la fusion des protons donne un noyau d hélium et produit ainsi une énergie de l ordre de Joules, soit une énergie équivalente à fois celle de la bombe d Hiroshima! L énergie produite doit traverser plusieurs couches jusqu à la photosphère où la température n est plus que d environ C. Mais c est cette fine couche gazeuse qui émet la lumière du soleil. A l extérieur de la photosphère, l atmosphère de l étoile (ou chromosphère) contient un grand nombre d éléments sous formes d ions ou d atomes isolés. Ce sont eux qui vont absorber certaines radiations du rayonnement continu émis par la photosphère. DOCUMENT 2 : le Profil spectral d une étoile En utilisant des capteurs appropriés, on peut o b t e n i r le profil spectral d une étoile en m e s u r a n t l intensité lumineuse des radiations émises par l étoile en fonction de leur longueur d onde. La lecture du profil spectral ci-dessous nous montre un maximum d intensité lumineuse pour une longeur d onde max. Les pics orientés vers le bas traduisent l absorption d une longeur d onde. (nm DOCUMENT 3 : Loi de Wien La loi de Wien s'applique aux sources chaudes et permet de relier la température T de la source à la longueur d'onde de l'intensité lumineuse maximale λ max. 3 La loi de Wien peut s'écrire sous la forme suivante: T= 2, max On obtient ainsi le tableau suivant : DOCUMENT 4 : Spectre d émission de l atome d hydrogène H (nm)

3 DOCUMENT 5 : Composition de la chromosphère du Soleil En 1814, Joseph von Fraunhofer découvre les raies d absorption présentes dans le spectre du Soleil et entreprend la mesure précise de leurs longueurs d onde. Il étudie ainsi 570 raies et désigne les principales par les lettres A, B, C, etc (Voir spectre ci-dessous). En étudiant d autres étoiles, il observe d autres raies. En même temps, il étudie les lumières artificielles et se rend compte qu une double raie jaune se trouve dans presque toutes les flammes. Ces deux raies occupent exactement la même position que deux raies noires dans le spectre du Soleil, ce sont les raies D 1 et D 2. Ce fait sera interprété plus tard, les raies D sont dues au sodium qui apparaît dans presque toutes les sources lumineuses. En effet, une trace insignifiante de sodium suffit pour faire apparaître ces raies. DOCUMENT 6 Longueurs d onde (en nm) de raies colorées présentes dans le spectre d émission de différents éléments Dioxygène O 2 : 627,7 686,7 759,4 Fer : 430,8 438,3 466,8 495,8 516,9 527 Calcium Ca + : 393,4 396,8 430,8 Mercure Hg : 404,7-435,8-546, ,1 DOCUMENT 7

4 EVALUATION N 6 (1h) - CORRECTION 1/ La Terre a un rayon r T = 6, km. Quel est le rayon du soleil? Donner le résultat en écriture scientifique. Le document 1 indique que le rayon du soleil fait 110 fois celui de la Terre donc r s = 110 * r t AN : r s = 110 * 6, = 7, km (0.5rédac + 0.5formule résultat avec unité) 2/ La production annuelle d électricité par les Terriens est de 600 milliards de milliard de Joules par an. Comparer, par une valeur chiffrée, cette valeur par rapport à l énergie produite par le soleil en 1 seconde. Commenter le résultat. (Rappel : 1 milliard = 10 9 ) Le document 1 indique que le soleil produit une énergie de J par s. La production par seconde d électricité sur Terre est de / (365.25*24*3600) = 1, J (0.5rédac si comparé en par seconde) Pour comparer deux valeurs, il faut les diviser : / 1, = 5, donc par seconde, le soleil émet une énergie fois plus grande que celle produit par l ensemble des Terriens (0.5rédac formule (division) résultat expliqué) 3/ Dessiner le soleil en légendant celui-ci avec les mots suivants : chromosphère, cœur et photosphère. Indiquer également sur le schéma les températures connues de ces zones. Le document 1 nous permet de compléter le schéma suivant : (1.5) Chromosphère Photosphère (6000 C) Cœur 4/ Où sont situés les éléments qui vont absorber la lumière produite par la photosphère? Sous quelles formes sont-ils? D après le document 1, les éléments qui vont absorber la lumière produite par la photosphère sont situés dans la chromosphère. Ils sont sous forme d ions ou d atomes isolés. (1) 5/ Quelle propriété est mise en évidence sur le document 6. Indiquer les conséquences dans l observation d une étoile. Le document 6 met en évidence qu une l entité chimique excitée émet des raies de longueur d onde précise. Un spectre de raie est caractéristique de l entité chimique présente dans le gaz: il permet donc d'identifier des atomes ou des ions présents dans la chromosphère d une étoile. (1.5) 6/ Déterminer la température de l étoile dont le profil spectral est donné sur le document 2. D après le doc 2, λ max = 530nm donc d après la loi de Wien explicité au document 3 on trouve, T = 5195 C ((0.5) pour landa, (0.5) pour citer doc 3, (1) pour valeur calculée précisément ou encadrement)

5 7/ Dessiner dans les cadres ci-dessous les spectres d émission du sodium et du dioxygène. Indiquer la couleur (s il y en a une) de chaque raie et si le fond est coloré ou noir. (1) Sodium Fond noir (0.5) Dioxygène Fond noir 8/ Montrer que le soleil contient l ion Ca +. D après le document 5, l élément Ca +, s il se trouve dans la chromosphère du soleil va absorber des raies de 393,4 396,8 430,8nm. Vérifions sur le document 5 que c est le cas. Les raies K, H et G correspondent à ces longueur d onde, l ion Ca+ est donc présent dans la chromosphère du soleil (2). 9/ Donner la composition du soleil à partir de l ensemble des informations qui figurent sur les documents en annexe. Justifier vos réponses. D après le document 1, on trouve dans le cœur des protons et des noyaux d hélium(1). On retrouve les mêmes raies d absorption dans le spectre du soleil que celles émises par l atome d hydrogène données par le doc 4. Il y a donc de l hydrogène dans le soleil(1). Le document 5 indique clairement la présence de sodium caractérisé par l absorption de deux raies jaunes vers 289nm(1). Et enfin, d après le document 7 et avec le même raisonnnement mené que dans la question 8, on note la présente de dioxygène, fer et ion Ca + dans le soleil(1). 10/ Le dioxygène ne fait pas partie des éléments qui entre dans la composition de la chromosphère de celuici. Pourtant, il apparait sur son spectre. Proposer une explication. Le dioxygène est présent dans l atmosphère terrestre. C est lorsque la lumière du soleil atteint notre atmosphère que le dioxygène absorbe ses raies caractéristiques. (1) 11/ Le soleil apparait plutôt jaune mais ce n est pas le cas de toutes les étoiles. En vous servant des documents 3 et 7, expliquer. Un spectre continu nous renseigne sur la température de la source lumineuse. En fonction de la température de l étoile, elle va émettre des longueurs d onde de plus ou moins grande longueur d onde. D après le doc 3, plus T est élevé, plus λ max est petit donc le spectre de la lumière émis décalé vers les courtes longueurs d onde, donc vers le bleu. L étoile paraitra donc bleutée. Et rouge si la température est faible. (1.5)

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Compléter la conclusion ci-dessous en choisissant les bons termes parmi les suivants : continu, raies, émission, absorption, bandes. Fiche élève 1/5 Nom : Prénom : Classe : Date : Physique - Chimie Thème : L Univers INTERPRETER LE SPECTRE DE LA LUMIERE EMISE PAR UNE ETOILE Objectifs : - Savoir repérer la longueur d onde d une radiation

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