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Primo, prends ton temps, lis et relis le sujet afin de comprendre le but de celui-ci. Ensuite, prends soin de bien répérer les éléments les plus importants des documents et surligne-les pour ne pas les oublier. La rigueur de ton raisonnement est clé en physique chimie
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Le tempsd"un nuage
Le candidatest invité àseréférerrégulière ment àl"annexe quicon tientlesdonnéesnécessairesà
la résolutionduproblème etun formulaire. Cetteannex ese trouveaudébut dusujet. Lesdi◦érents
documentsprésentsdans lesujetcontiennen taussi desdonnées nécessairesà larésolutiondesquestions
posées. Les réponsesauxquestions nesauraien têtre desim plesarmationsetdevron têtre accompagnées d"une justication. Le sujetestconstitué dequatre partieslargemen tindép endantes.Certaines questions,rep éréesparunebarre enmarge, sont desquestions ouvertes oudes résolutions
de problème.Les pistes derecherche doiven têtreconsignéespar lecandidatsursacopie ;siellesson t
pertinentes,ellesseront valorisées. Àcesquestions correspondune partsignicativ edu barème,ilest
donc vivementrecommandéauxcandidats deles aborder. 1Le tempsd"un nuage
Le candidatest invité àseréférerrégulière ment àl"annexe quicon tientlesdonnéesnécessairesà
la résolutionduproblème etun formulaire. Cetteannex ese trouveaudébut dusujet. Lesdi◦érents
documentsprésentsdans lesujetcontiennen taussi desdonnées nécessairesà larésolutiondesquestions
posées. Les réponsesauxquestions nesauraien têtre desim plesarmationsetdevron têtre accompagnées d"une justication. Le sujetestconstitué dequatre partieslargemen tindép endantes.Certaines questions,rep éréesparunebarre enmarge, sont desquestions ouvertes oudes résolutions
de problème.Les pistes derecherche doiven têtreconsignéespar lecandidatsursacopie ;siellesson t
pertinentes,ellesseront valorisées. Àcesquestions correspondune partsignicativ edu barème,ilest
donc vivementrecommandéauxcandidats deles aborder. 1Annexe
fiConstantede Planck :ff fi fi fiConstanted'A vogadro: fi fi fiProduitioniquede l'eauà : fi fiMasse dela Terr e: fiRayondela Terre : fi fiRayonduSoleil : 2 fiTempératuredesurfacedu Soleil: 2 fi fiConstantegra vitationnelle: fi fi fiConstantedes gazpa rfaits: fi fi fiAccélérationd elapesan teurau niveaudusol: fiMasses volumiques:
fiair : air fi fi fieau : eau fi fi fiLa constantedelatroisième loide Keplerest
oùest lamasse del'astre attracteur.Équation d'étatd'un gazp arfait: .
Aire d'unesphère dera yon :
2Conductivité molaireionique
1 (en fi IonsH Na HO fi HCO fifi NO fifi 1 fi )35,05,0019,84,457,14Loi deKohlrausc h:Laconductivitéd'une solutionélect rolytiqueestreliéeà laconcen tration enions
par laloi deK ohlrausch : T 1 1 1 1 où 1 est laconductivité molaireionique del'ion en fi 1 la concentrationdel'ion en solution en fi fi et 1 la chargedel'io n. HNO fi est unacide fort pK 3 fipK 3 (H CO fi (aq)/HCO fifi (aq)) =6,4 fipK 3 (HCO fifi (aq)/CO fifi (aq)) =10,3 Masses molaires: fiair sec: sec fi fihydrogène: H fi fioxygène: O fi fisodium: Na fi 2Tournez la page S.V.P.
Difiérentstyp esdenuages
D"après lesite http://www.Cloud_types.fr.
3Difiérentstyp esdenuages
D"après lesite http://www.Cloud_types.fr.
3Les nuagessont desélémentsindisp ensablesdu climatdenotreplanète. Lapremièreraison vient du
fait qu"ilsson tnécessairesau cycledel"eauet assurent lestransfe rtsen tre leso céansetlasurface conti-
nentale.Ils permetten tainsid"approvisionnerleslacs etn appesphréatiques eneau douce. Laseconderaison estqu"ils jouent unrôleimportan tsur lebilan énergétiquedelaTerre.En efiet,ils con trôlent
en partielesra yonnemen tssolairesincidentsauniveaude lasurface ainsiquele sra yonnementsémispar lasurface dela Terre vers l"espace.Lacouverture nuageuseterrestredépa ssant les◦, ilest donc
crucial decomprendre lerô lejoué parlesnuages dansle bilan énergétiquede laTerreet doncsur
l"évolutioncl imatique. L"objetde ceproblème estde comprendrequelques aspects dela physique desn uagesetdeleurs im-pacts surleclimat. Lapremière partie estdesti néeà mettreenoeuvreun modèl ephysiquesimple pour
interpréterl avariation destempératuresmoyennes desplanète sdusystèmesolaire. Dansladeuxième
partie, ons"in téresseàlafor mationet àla stabilitédesnuages. Latroisième partie porte surla chimie
des nuagesetl ephé nomènedepluies acides.Enffin,ladernière partietraite del"impacténergétique
des nuagessurle ray onnement infrarougeterrestre.I. Températuredesurfaced"une planète
1) Températuredesurfaced"une planètesans atmosphère
Figure 1- Planètedusystèmesolair e.
Considérons uneplanète dusystème solaire supp oséesphériquedera yon fi et situéeà unedis- tance fffifi du Soleil( cf.ffgure 1).La surface delaplanèteest modélisée commeun corpsc haudde températurede surfaceuniforme fiémettantun ray onnementdepuissance
fi donné parla loideStefan-Boltzmann :
fi fi Tfi -(1) fi fi fi T est laco nstantedeStefanet-est l"airede lasurface dela planète. Le Soleilest luiaussi modélisé comme uncorpschaud sphériquedera yon ff et detemp ératurede surface uniforme ff dontle ray onnementémissuitlaloideStefan-Boltz mann.1.Exprimer lapuissance totale
ffémise parle Soleilen fonctionde ,
ff et ffLa puissancesolaire étant émisedemanière isotrope,seuleune partie decette puissanceesteectiv e-
mentreçue parla planète.La puissancesolaire ff reçue parla planètes"é crit ff fi ff ,fi ,fffifi (2)2.Interpréterle rapport desdeuxsurfacesqui in tervient dans l"équation(2).
La planèterééchit versl"espaceune proportion, appeléealbédo,du rayonnement solaireinciden t.
3.Donner l"expressiondela puissancesolair e
ff absorbéepar laplanète enfonction de, ff fi et fffifiEn l"absenced"atmosphère, latemp ératurede surfaced"uneplanète dusystème solairerésulte d"un
équilibre entrelapuissancesolaire absorbée etla puissanceémise parray onnemen tpar laplanète.
4Tournez la page S.V.P.
4.À l"équilibrethermique, écrirelebilan depuissance pour lasurfacedela planèteet montrer que
la températuredesurface C fi de laplanètes"écrit C fi C ff Tε fi fififi ff (3)Les valeursdela distancemo yenne
fifi , del"alb édoT, dela température desurfaceC fi calculée etde la températuredesurface moy enneC mes mesurée dequelques planètes dusystèmesolaireson tdonnées dans latable 1. fifi (u.a.)0,390,721,001,525,2T0,120,750,310,250,34
C fi (K)4,310 2 2,310 2 2,110 2 1,110 2 C mes (K)400730290225124Table1 - Distancemo yenne
fifi , albédoT, températuredesurfaceC fi calculée ettemp ératurede surface moyenneC mes mesurée dequelques planètesdu systèmesolaire. L"unité astronomique( u.a.)estuneunité delon gueurdé◦nie par: u.a. ffff5.Calculer latemp ératuredesurfacede laT erredans lecadre dumo dèlesansatmosphère.
6.Sur unmême graphique,représen terla températurede surfaceC
fi calculée etla température de surface moyenneC mes mesurée enfonction dela distance moy enne fifi en unitéastronomique.7.Discuter dela pertinence dumodèles ansatmosphère.
2) Infiuencede l"atmosphèresur latemp ératurede surfacede laTerre
Le premiermo dèlequiap ermisde calculerune températureraisonnablede lasurface dela Terrea étéin troduitparSvante Arrhenius en1896.Danscemodèle, l"atmosphèreterrestreest modélisée
par uneunique couche gazeusehomogènequien velopp el"ensem blede laplanète.Elleestsupposée parfaitementtransparen tedansledo mainev isiblede tellesorte qu"ellen"absorb epas lerayonnemen tsolaire incidentmais enrééchitun eprop ortionTversl"es pacecorrespondan tàl"albédode laT erre.
La surfacede laT erre estmodéliséeparun corpsc hauddetempératureuniformeCémettantun
rayonnementinfrarougedepuissance . L"atmosphèreest supposée complètementopaquedans ledomaine infrarougede tellesorte qu"elleabsorb el"ensem bledu rayonnemen tterrestre.À l"équilibre
thermique, l"atmosphèreémet elleaussi unra yonnemen tinfrarouge, depuissance , supposéeidentiqueen directionde l"espaceet dela Terre. Lasurface terrestre absorbeàso ntour lera yonnementinfrarou ge
provenantdel"atmosphère( cf.◦gure 2). Figure 2- Bilandepuissance enprésence d"uneatmosphère . L"expression dela puissancesolaire reçuepar laT erre- 2 au sommetde l"atmosphèreest 2 2 2- (4) où représentela distanceen trele Soleiletla Terre et est lera yondelaTerre. 54.À l"équilibrethermique, écrirelebilan depuissance pour lasurfacedela planèteet montrer que
la températuredesurface C fi de laplanètes"écrit C fi C ff Tε fi fififi ff (3)Les valeursdela distancemo yenne
fifi , del"alb édoT, dela température desurfaceC fi calculée etde la températuredesurface moy enneC mes mesurée dequelques planètes dusystèmesolaireson tdonnées dans latable 1. fifi (u.a.)0,390,721,001,525,2T0,120,750,310,250,34
C fi (K)4,310 2 2,310 2 2,110 2 1,110 2 C mes (K)400730290225124Table1 - Distancemo yenne
fifi , albédoT, températuredesurfaceC fi calculée ettemp ératurede surface moyenneC mes mesurée dequelques planètesdu systèmesolaire. L"unité astronomique( u.a.)estuneunité delon gueurdé◦nie par: u.a. ffff5.Calculer latemp ératuredesurfacede laT erredans lecadre dumo dèlesansatmosphère.
6.Sur unmême graphique,représen terla températurede surfaceC
fi calculée etla température de surface moyenneC mes mesurée enfonction dela distance moy enne fifi en unitéastronomique.7.Discuter dela pertinence dumodèles ansatmosphère.
2) Infiuencede l"atmosphèresur latemp ératurede surfacede laTerre
Le premiermo dèlequiap ermisde calculerune températureraisonnablede lasurface dela Terrea étéin troduitparSvante Arrhenius en1896.Danscemodèle, l"atmosphèreterrestreest modélisée
par uneunique couche gazeusehomogènequien velopp el"ensem blede laplanète.Elleestsupposée parfaitementtransparen tedansledo mainev isiblede tellesorte qu"ellen"absorb epas lerayonnemen tsolaire incidentmais enrééchitun eprop ortionTversl"es pacecorrespondan tàl"albédode laT erre.
La surfacede laT erre estmodéliséeparun corpsc hauddetempératureuniformeCémettantun
rayonnementinfrarougedepuissance . L"atmosphèreest supposée complètementopaquedans ledomaine infrarougede tellesorte qu"elleabsorb el"ensem bledu rayonnemen tterrestre.À l"équilibre
thermique, l"atmosphèreémet elleaussi unra yonnemen tinfrarouge, depuissance , supposéeidentiqueen directionde l"espaceet dela Terre. Lasurface terrestre absorbeàso ntour lera yonnementinfrarou ge
provenantdel"atmosphère( cf.◦gure 2). Figure 2- Bilandepuissance enprésence d"uneatmosphère . L"expression dela puissancesolaire reçuepar laT erre- 2 au sommetde l"atmosphèreest 2 2 2- (4) où représentela distanceen trele Soleiletla Terre et est lera yondelaTerre. 58.À l"équilibrethermique, écrirelebilande puissance pour lasurface dela Terre.
9.À l"équilibrethermique, écrirelebilande puissance pour l"atmosphère.
10.En déduirequela température de surfacedelaT erreC
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