Ballon Stratosphérique 5 juin 2015

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Marie-Hélène Lavergne
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Ballon Stratosphérique 5 juin 2015 Capteur de pression sous cloche à vide : MPX5100A Questionnements : La pression évolue-t-elle comme dans le document?

1 Ballon Stratosphérique 5 juin 2015 Capteur de pression sous cloche à vide : MPX5100A Questionnements : La pression évolue-t-elle comme dans le document? Comment calculer la vitesse ascensionnelle du ballon? Altimètre Expérience sous cloche à vide: Pressiomètre Z (m) V P(hPa) + - Pile 4,5V Vers la pompe à vide -Placer sous une cloche à vide un générateur (pile de 4,5V), un Voltmètre et un pressiomètre. -Faire varier la pression P à l'aide de la pompe à vide reliée à la cloche à vide. -Mesurer la tension fournie par le capteur à l'aide du Voltmètre, - Mesurer la pression P puis noter les résultats dans le tableau. -Mesurer l'altitude Z puis noter les résultats dans le tableau.

2 Equation donnant la pression P en fonction de la tension du capteur, U: P = 242 x U (hpa)

3 Equation donnée par le fabriquant: Pfabriquant = 250x U (hpa) Equation donnant l'altitude Zexp,mesurée avec notre altimètre, en fonction de la tension du capteur, U: Zexp = - 3,19 x U + 11, 2 (Km) Cherchons l'équation de l'altitude mesurée en fonction de la pression: Zexp = f (P) P 118 P = 242 x U => U = 242 P 118 Zexp = - 3,19 x U + 11, 2 = -3,19 x ( 242 ) + 11,2 Conclusion : Zexp = - 0,013 x P + 12,8 (Km)

4 Comparaison aux courbes réelles: De 0 à 200 hpa : Z1 = - 0,08 x P + 28 (km) De 200 à 1000 hpa : Z2 = - 0,015 x P + 15 (km ) cette équation est proche de celle trouvée par les mesures: Zexp = - 0,013 x P + 12,8 (Km) Vitesse ascensionnelle : V exemple de calcul avec les données recueillies toutes les 2 secondes Vitesse= Z (t+2) Z (t) 2

5 Capteur de température Capteur de température KTY Questionnement : la température évolue-t-elle comme dans le document? Expérience : Tension U V Thermomètre T( C) + _ Réfrigérant:Top Givre (Gotronic) gaz kω Expérience : On a recrée en classe les conditions de températures dans l'atmosphère. On utilise la bombe réfrigérante afin de faire baisser la température autour du capteur. Cette expérience permettra de savoir a quelle température sera le ballon en fonction de la tension donnée par le capteur de température situé dans le ballon. La température varie en fonction de l'altitude. La température augmente jusqu'à la mésosphère. Le ballon sonde peut monter jusqu'à 25 km. A cette hauteur la température est comprise entre -56 et -5. Cette expérience nous permet de savoir a quelle température sera le ballon en fonction de la tension donnée par le capteur de température situé dans le ballon. Le capteur de température est placé sous la boite, à l'ombre car on peut remarquer que la température serait maximale coté soleil et minimale cote ciel noir. Résultats: T C U ( V) 2,7 2,8 2,89 2,95 3 3,1 3,16 3,2 3,26 L'équation pour calculer la température est de la forme: T = a x U + b 3,29 3,31 2,6

6 Résultats : Equation : T = a. U + b : T = 86,7 U 279 x en C Courbe de température 2015 le capteur était placé sous le ballon protégé du Soleil Capteur de lumière visible LDR 720 Questionnement : comment évolue la luminosité en altitude? Comment placer le capteur de température par rapport au Soleil? Document 1 : spectre du Soleil Document 2:évolution de la température du capteur exposé au Soleil en 2014 T( C) Temps

Le spectre du soleil est surtout composé de

Expérience : V lumière + 5V 1 kω Résultats :

7 Le spectre du soleil est surtout composé de jaune et de vert qui attire l'oeil humain. Document 3 : photorésistance LDR 720 d'altitude Document 4 : le ciel noir à 20 km Expérience : V lumière + 5V 1 kω Résultats : Obscurité U = 0,037 V Lumière d'une lampe: U = 3 V Résultats 2015

Capteur d'humidité:hih4000-001 Questionnement : Comment évolue le pourcentage d'humidité en fonction de l'altitude?

dans ces conditions. Ce rapport changera si on change la température ou la pression bien que l'humidité absolue de l'air n'ait pas changé.

Source : Wikipédia Document2 : Le ballon que nous allons envoyer va nous envoyer la tension du capteur de l'endroit où il se trouve.

8 Capteur d'humidité:hih Questionnement : Comment évolue le pourcentage d'humidité en fonction de l'altitude? Document 1 : L'humidité relative de l'air, ou degré hygrométrique, est une mesure du rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir dans ces conditions. Ce rapport changera si on change la température ou la pression bien que l'humidité absolue de l'air n'ait pas changé. L'humidité relative est souvent appelée degré hygrométrique. Elle est mesurée à l'aide d'un hygromètre. Source : Wikipédia Document2 : Le ballon que nous allons envoyer va nous envoyer la tension du capteur de l'endroit où il se trouve. Grâce à cette tension nous pourrons aussi calculer l'humidité car grâce à la courbe ci-contre, nous pouvons exprimer la tension en fonction du taux d'humidité relative: On montre que : Rh = 33,3 x U 28,3 Expérience : Vapeur Humidificateur V Sèche-cheveux Résultats V Résultats : Humidité (%) 0% sèche-cheveux 56 % air ambiant 100 % humidificateur Tension (V) 1 2,5 4

Capteurs infrarouge : TSL 260R Questionnement : Les infrarouges

Document 1 : sensibilité du capteur infra-rouge : λmax = 930

http://eduscol.education.fr/orbito/system/meteosat/met23.

infrarouge réalisé avec spectrovio Expérience : Lumière infra-rouge

9 Capteurs infrarouge : TSL 260R Questionnement : Les infrarouges sont ils absorbés par l'eau comme dans le document 2? Document 1 : sensibilité du capteur infra-rouge : λmax = 930 nm=0,93µm Document 2 : Absorption des rayonnements par l'atmosphère Le capteur SEVIRI : 0,93µm Document 3 : spectre de la lampe infrarouge réalisé avec spectrovio Expérience : Lumière infra-rouge V 5V - Résultats : + Résultats 2015 Lumière Lampe obscurité infra-rouge Tension de la photodiode (Volts) 1 0

UTILISATION DES DONNEES DU SATELLITE CALIPSO Rechercher des informations sur le satellite

gov/products/lidar/browse_images/production/ sélectionner la version qui correspond à

zone survolée cliquer sur la zone La coupe de l'atmosphère est analysée (voir cidessous)

10 UTILISATION DES DONNEES DU SATELLITE CALIPSO Rechercher des informations sur le satellite Calipso sélectionner la version qui correspond à l'année souhaitée/ GO choisir une date sur le calendrier Les couleurs correspondent à la zone survolée cliquer sur la zone La coupe de l'atmosphère est analysée (voir cidessous) Composition de l'atmosphère en coupe 2 = nuages Abscisses : latitude longitude Les données du capteur d'humidité sont comparées aux données satellite.

fr /lycee/animations/ cliquer sur une animation puis Document 2: Ozone troposphérique : http://education.

11 Capteur d'ozone : XT-Xinte MS2610 Questionnement : peut-on détecter la couche d'ozone? Document 1 : Ozone stratosphèrique /lycee/animations/ cliquer sur une animation puis Document 2: Ozone troposphérique : ozone troposphérique Document 3: Carte de l'ozone Document 4 : Ozone stratosphérique : Français/Cartes ozone mondial

Document 5 : Production d'ozone L ozone est un gaz produit à l intérieur par l utilisation de périphériques générant des champs électriques importants associés à la lumière UV et une chaleur

12 Document 5 : Production d'ozone L ozone est un gaz produit à l intérieur par l utilisation de périphériques générant des champs électriques importants associés à la lumière UV et une chaleur importante (photocopieur, imprimante laser, système de soudure, allume-gaz). Il peut aussi provenir de l extérieur en période estivale et, est le principal résultat de la réaction chimique entre plusieurs gaz polluants appelés précurseurs (oxyde d azote, hydrocarbure ou solvants) et le rayonnement solaire UV. Ce gaz est particulièrement agressif pour les muqueuses oculaires et respiratoires et nécessite d'être observé avec les autres gaz afin de connaître la qualité de l'air intérieur. Source : Expérience : + 5v Ozone U= mesure - Étincelle + Lampe UV Résultats : Plus il y a d'ozone, plus la tension augmente

Capteur d'ultra-violets : ADA 1918 Questionnement : les

nm = 0,350 µm UVA : 315-400 nm UVB : 280-315 nm http://www.

13 Capteur d'ultra-violets : ADA 1918 Questionnement : les Ultraviolets sont-ils moins absorbés en altitude qu'au niveau du sol? Peut-on détecter le passage au-dessus de la couche d'ozone avec cette photodiode? Document 1: Document 2 : sensibilité de la photodiode: 350 nm = 0,350 µm UVA : nm UVB : nm Mesure U +5V Lampe UV Résultats : la tension augmente lorsque la concentration d'ozone augmente

14 Résultats 2015: UVA Capteur d'ultra-violets : Photodiode UV SG01S (270 nm = 0,270 µm ) Questionnement : les UVA (350 nm) sont-ils moins absorbés que les UVB (270 nm)? Document : sensibilité de la photodiode: 270 nm Résultats 2015: UVB

15 ANALYSE COMPARATIVE DES COURBES

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