SCA2626 Météorologie générale HIVER Examen #1

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Jean-Philippe Grenon
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1 Examen #1 Durée : h. Pondération : Questions de 1 à 0 : points chaque (total 40 points) Exercices : 0 points chaque (total 60 points) Questions 1. à 17 : Choisissez la bonne réponse Questions 18 à 0 : Répondez à la question. 1. La plus grande part du Tibet se situe à des altitudes supérieures à 5400 m, où la pression est d environ 500 hpa. À de telles altitudes, le tibétains ont au-dessus de la surface : a. 10 % des molécules d air dans l atmosphère. b. 5 % des molécules d air dans l atmosphère. c. 50 % des molécules d air dans l atmosphère. d. 75 % des molécules d air dans l atmosphère. e. 90 % des molécules d air dans l atmosphère.. En moyenne, dans la stratosphère, la température de l air : a. Décroît avec la hauteur b. Augmente avec la hauteur c. Ça dépend de la saison d. On ne sait pas, puisque la température ne peut pas être mesurée à de telles altitudes. 3. La couche atmosphérique dans laquelle nous vivons est appelée : a. Troposphère b. Stratosphère c. Thermosphère d. Ionosphère e. Exosphère 4. Un vent du sud est : a. un vent qui souffle du Nord b. n importe quel vent chaud c. un vent qui souffle du Sud d. n importe quel vent humide 5. Au niveau de pression de 750 hpa, la quantité d oxygène inhalée pendant une inspiration est approximativement de celle inhalée au niveau de la mer. a. 100 % b. un quart c. moitié d. trois quarts 6. Le transfert de chaleur qui dépend du mouvement de l air est : a. La conduction b. L absorption c. La réflexion d. La convection e. La radiation E 1

2 7. La température d une particule en ascension adiabatique a. diminue toujours à cause de l expansion b. augmente toujours à cause de l expansion c. diminue toujours à cause de la compression d. augmente toujours à cause de la compression 8. Le Soleil émet un maximum de radiation à des longueurs d onde proches de, pendant que la Terre émet le maximum de radiation proche de la longueur d onde. a. 0,5 micromètres, 30 micromètres b. 0,5 micromètres, 10 micromètres c. 10 micromètres, 0,5 micromètres d. 1 micromètre, 10 micromètres 9. Laquelle des grandeurs suivantes détermine le type de rayonnement (classé selon la longueur d onde) qu un objet émet? a. Température b. La conductivité thermique c. L émissivité d. L albédo 10. Souvent, au début de l automne, après une nuit de ciel clair et de vents calmes, on observe à l aube que les toits des autos sont couverts d une mince couche de glace, même si la température de l air est supérieure à 0 C. Ce phénomène arrive parce que les autos se refroidissent par. a. Conduction b. Convection haleur latente d. Radiation Les questions 11 à 14 font référence à la température et température du point de rosée des villes A, B, C et D, où la pression atmosphérique est la même: Ville Température ( o C) Température du point de rosée ( o C) A 3 B C -1-5,5 D Quelle est la ville où l humidité relative est la plus élevée? 1. Quelle ville a le moins de vapeur d eau dans un kilogramme d air? 13. Quelle ville a le plus de vapeur d eau dans un kilogramme d air? E

3 14. Quelle ville a la pression de vapeur saturante la plus élevée? 15. La plus basse température qui peut être atteinte en évaporant de l eau dans l air est a. L humidex b. La température minimale c. La température du thermomètre mouillé d. 0 C 16. En quelles conditions vos vêtements sécheront le plus vite sur la corde à linge : Température de l air ( o C) Humidité relative Vitesse du vent (km/h) a % 10 b. 4 75% 10 c % 10 d. 4 50% 5 e % Si la température et la pression de l air restent constantes, l évaporation de l eau dans l air le point de rosée et l humidité relative. ugmente, augmente b. Augmente, diminue c. Diminue, augmente iminue, diminue 18. La conduction et la convection sont deux types de transfert d énergie. En quoi sont-ils différents? Réponse : La conduction est un transfert d énergie purement moléculaire, donc sans mouvement macroscopique des fluides, pendant que la convection est un transfert d énergie où il y a mouvement macroscopique du fluide. En quelles conditions et où dans l atmosphère le transfert par conduction est plus important que le transfert par convection? Réponse : Dans la couche d air «collée» à la surface. A cause de la viscosité la vitesse du vent est nulle. Les transports d énergie sont donc purement moléculaires. Le transfert par conduction est donc forcément plus important que le transport par convection. 19. Donnez les définitions des grandeurs suivantes : a. Température du point de rosée Réponse : La température du point de rosée est la température à laquelle l air serait saturée sans ajout de vapeur d eau ni variation de pression. b. Gaz à effet de serre Réponse : un gaz dont l absorption de rayonnement est sélective et qui absorbe plus efficacement le rayonnement IR lointain (LW) que le rayonnement solaire (SW). c. Émissivité d une surface Réponse : L émissivité d une surface est le rapport entre l irradiance émise par la surface, * F( T ) et le rayonnement émis par un corps noir à la même température, F ( T ), elle Fλ ( T) dépendre de la longueur d onde. ε λ = * Fλ ( T) d. Convection libre 0. Pourquoi la neige fond plus vite au tour des troncs des arbres? (figure 1.1) E 3

4 Figure 1.1 : Dans les bois question 0. Réponse : Parce que la neige absorbent bien le rayonnement IR lointain émis par les arbres, pendant que elle réfléchit une grande partie (jusqu à 90%) du rayonnement solaire. L énergie solaire contribue très peu à augmenter l énergie interne de la neige pendant que le rayonnement émis par les arbres contribue beaucoup à cette augmentation. L augmentation de l énergie interne va être employer à fondre la neige (augmentation de l énergie potentielle interne). Exercice 1 (0) : La pression atmosphérique moyenne p 0 à la surface de ars est 6,0 hpa. Le rayon de la planète est R = 3400 km. L accélération due à la gravité est g = 3,7 ms - (négligez les variations de g avec l altitude). Déterminez la masse totale de l atmosphère martienne. Données : p 0 = 6,0 hpa = 600 Pa ; R = 3400 km = m ; g = 3,7 m.s - Demande : asse de mars = m =? kg Démarche : La pression atmosphérique moyenne est égale au poids de l atmosphére par unité de surface de la planète : p m 0 4 p R = m g = p 4 p R g Solution numérique m π = =,4 10 3, 7 16 kg E 4

5 Exercice ( x 10 points) : Pour chauffer une pièce, on utilise un radiateur cylindrique de diamètre D = cm et de longueur égale à 0,5 m. Ce radiateur rayonne comme un corps noir et émet la puissance P = 1 kw. a) Calculez sa température. (il y avait une erreur dans mes calculs. Faites les calculs pour vérifier.) Données : la puissance P = 10 kw =10000 W = F.A, où A est la surface du cylindre D = cm ; h = 0,5 m Demande : T =? ( C) Démarche : Pour calculer sa température recours à la loi de Stefan-Boltzmann : F * = σ.t 4 = P/A D Surface du cylindre : A= π r h+ ( π r ) = π r h+ π 4 1 P 4 P T = = σ A D D σ π h + π 4 Application numérique T = = 1538 K = 165 C , π 10 0,5 + π 4 b) Déterminez la longueur d onde pour laquelle l irradiance spectrale d énergie est maximale. Demande : λ m =? mm Démarche : On utilise la loi de Wien pour trouver λ m 897 mmk λ m = T Application numérique : λ m 897 = = mm 1538 Exercice 3 (4 x 5 points) : La figure 1. montre une petite maison de campagne. La température (T) et la température du point de rosée de l air (T D ) à l extérieur de la maison sont respectivement T = 15 F et T D = 15 F. E 5

6 a) Quelle est l humidité relative de l air à l extérieur de la maison? 100 % b) La fenêtre est légèrement ouverte et l air extérieur qui entre est réchauffé à la température de la pièce (70 F) sans addition de vapeur d eau. Quelle est la température du point de rosée de cet air? Réponse : Réponse : 15 F c) Quelle sera son humidité relative après le réchauffement? Réponse : e ewt, Par définition : HR = 100 = D 100 e T e w ( ) wt, Application numérique : T( C) = (70 3)/1,8 = 1 C ; T D = (15-3)/1,8 = -9,4 C ; On trouve les valeurs de e w (T D ) et e w (T) dans les tables de saturation : e w (-9,4 C) ~ 3 hpa ; e w (1 C) = 4,858 hpa (1 mb = 1 hpa) ewt, 3 HR = D 100 = 100 = 1 % e 4,858 wt, d) Calculez la pression partielle de la vapeur avant et après le réchauffement en sachant que la pression atmosphérique est de 990 hpa. e = e w (T D ) = 3 hpa ; La pression partielle de la vapeur d eau ne change pas après le réchauffement. e) Déterminez la température virtuelle de l air avant et après le réchauffement. e T V = T.(1+0,608.q) ; q = e, l humidité spécifique q est la même avant p (1 e ) e et après le réchauffement : 300 q = 0, 6 = 0, (1 0, 6) 300 Avant le réchauffement (air extérieur) : TV = ( 9, ,15) ( 1+ 0, 608 0, ) = 64, 01 K = 9,1 C Après le réchauffement (air intérieur) T = 1,11+ 73, , 608 0, = 94,59 K = 1, 4 C V ( ) ( ) Figure 1. - Exercice 3 : la petite maison dans la prairie. E 6

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