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Constante solaire

Experiences sur l’energie du soleil. Utilisation de l’appareil constante solaire JEULIN®

Principe
L’énergie apportée par le soleil échauffe la masse en laiton. L’élévation de la température qui dépend des caractéristiques du matériau nous permet de calculer la puissance du soleil.


Matériel :

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  • kit constantes solaire JEULIN®
  • chronomètre
  • thermomètre a sonde
  • potence de chimie
  • noix de serrage
  • feuille blanche

Composition du kit constante solaire JEULIN®

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Le kit se compose :

    • un boitier en plastique
    • une tige de fixation
    • 3 masses en laiton (m=197g, C=418J/Kg/K, S=0.002025 m²)
      - Une masse noire (absorption maximale)
      - Une masse grise (absorption moyenne similaire à la terre)
      - Une masse réfléchissante (absorption minimale)
    • 3 écrans en plastiques
      - Un opaque
      - Un semi transparent
      - Un transparent

Expérience pour déterminer la constant solaire

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Pour déterminer la constante solaire c’est à dire la puissance fournie par le soleil on utile la masse de laiton noire qui absorbera le maximum de lumière.

  • Vissez la tige de fixation dans le boitier.
  • Insérez la masse de laiton dans la fente.
  • Montez le tout sur la potence.
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Pour bien régler l’appareil de mesure placez une feuille blanche derrière le boitier puis bougez l’appareil jusqu’a voir les rayons qui traverse l’orifice de vise sur la feuille.

Faites attention à la masse de laiton qui n’est pas fixée dans le boitier. Assurez-vous toujours d’avoir les inscriptions du boitier sur la face supérieure.

  • Relevez la première mesure de température en insérant la sonde dans le trou à l’avant de la masse de cuivre. Dès que la mesure est faite, enclenchez le chronomètre.
  • Au bout de 8 à 10 minutes relever la seconde mesure de température. Une autre méthode consiste à mesure la température toutes le 30 secondes pour observer la monter en température du corps noirs et familiariser nos jeune scientifique aux relevés de mesure.

Le calcule de la constant solaire est aussi un bon moyen d’introduire aux enfants l’utilisation d’Excel

Elle se détermine par la formule suivante :

P= (m*c*(Tf-Ti))/(S*t)

avec :
m:masse de laiton (m=197g)
c:chaleur massique (c=418J/Kg/K)
Tf:temperature finale
Ti:temparature initiale
S:surface de la masse de laiton ( S=0.002025 m²)
t : temps d observation


Remarques Générales

L’expérience peut être menée en parallèle avec d’autres expériences car elle ne nécessite que la mesure des températures initiale et finale.

Le calcul de la constant solaire est aussi un bon moyen d’introduire aux enfants l’utilisation d’Excel

Faites attention au thermomètre à sonde c’est un appareil assez fragile donc pensez à responsabiliser les enfants sur l’utilisation des thermomètres. Ne pas laisser les thermomètres trop longtemps au soleil.

D’autres expériences sont possibles avec le kit comme observer les différences entre un corps noirs et un corps blanc ou encore étudier l’effet de serre sur l’échauffement des masses de laiton.


Lexique

Corps noir —> corps qui absorbe la quasi-totalité de la lumière reçu (il s’échauffera plus rapidement qu’un autre corps)

Corps blanc —>corps qui réfléchie la quasi-totalité de la lumière reçu (assimilable a un miroir le corps s’échauffera très peux)

Chaleur massique —> quantité d’énergie pour élever la température d’un degré un kilogramme de matière

Puissance —> quantité d’énergie reçue au cours du temps (en watt)

Ici on à calculé la puissance reçu par un mètre carré. C’est assimilable aux lux. (1lux=1/683 watt/m²)



Jérôme POULET,
date de publication : 28 mars 2011,
date de dernière mise à jour : 1er juillet 2009


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