Résultats Expérience n°1 1er essai

1ère partie :
CONSTRUIRE UN MIROIR PARABOLIQUE
EXPERIENCE
Sources : http://prog-paradisaea.com/Constante-solaire.html
PROTOCOLE EXPERIMENTAL
Matériel :
- Une antenne parabolique recouverte à l'intérieur de papier aluminium
- Un disque en laiton peint en noir
- Un thermomètre à sonde
- Un chronomètre
- Une balance
- Un double décimètre
Déroulement de l'expérience :
1)
S'installer à l'extérieur, un jour ensoleillé si possible.
2)
Mesurer les données permettant de calculer la constante solaire du disque en laiton noir c'est
à dire la puissance des rayons solaires sur ce disque en laiton noir :
a) Mesurer la masse du disque en laiton avec la balance.
m = , . kg
b) Mesurer le rayon du disque en laiton avec le double décimètre.
r = , . m
c) En déduire la surface du disque en laiton.
S = π.r² = , . m²
d) Mesurer la température initiale du disque en laiton en insérant la sonde du
thermomètre dans l'orifice du disque.
Ti = 22,0 °C
e) Installer le disque en laiton au soleil et démarrer le chronomètre.
f) Relever toutes les 30 secondes la température du disque en laiton.
TABLEAU DE MESURES
Temps (s)
Tf (°C)
30
23,4
60
24,3
90
24,9
120
25,4
150
25,8
180
26,3
210
26,7
240
27,2
270
27,7
300
28,1
330
28,6
360
29,0
3) Installer la parabole au soleil et vérifier que les rayons solaires sont concentrés en un seul
point.
4) Effectuer de nouveau les mesures sur le disque en laiton noir (refroidi) c'est à dire sa
masse, sa surface et sa température initiale.
m = , . kg
r = , . m
S = π.r² = , . m²
Ti = 24,8 °C
5) Placer le disque en laiton noir sur ce point de concentration des rayons et démarrer le
chronomètre.
6) Relever toutes les 30 secondes la température du disque en laiton.
TABLEAU DE MESURES
Temps (s)
Tf (°C)
30
24,9
60
25,0
90
25,3
120
25,4
150
25,6
180
25,8
210
26,0
240
26,2
270
26,4
300
26,5
330
26,6
360
26,7
Interprétation des résultats
On utilise cette formule pour calculer la constante solaire c'est à dire la puissance des rayons
solaires par unité de surface :
avec :
P, la constante solaire en W/m²
m, la masse du disque en laiton en kg
c, la chaleur massique du laiton :
Tf, la température finale en °C
Ti, la température initiale en °C
S, la surface du disque en laiton en m²
t, le temps mesuré à la fin de l'expérience en s
1) Calculer la constante solaire du disque en laiton noir lorsqu’il est utilisé sans la parabole.
2) Calculer la constante solaire du disque en laiton noir lorsqu’il est placé sur le point de
convergence des rayons de la parabole.
3) Tracer une courbe présentant la température du disque en laiton en fonction du temps
dans chacune des deux conditions d’expérience.
4) Analyser et interpréter les résultats.
1) La constante solaire du disque en laiton noir lorsqu’il est utilisé sans la parabole est :
, . . . , , /²
, . . . 2) La constante solaire
aire du disque en laiton noir lorsqu’il est placé sur le point de convergence
des rayons de la parabole est :
, . . . , , /²
, . . . 3) Avec le logiciel Regressi, on obtient les courbes suivantes (Tf1 représente la première
condition d’expérience et Tf2 représente la deuxième condition d’expérience).
4) Pour l’expérience n’utilisant pas la parabole, on observe une augmentation linéaire
(proportionnelle) de la température du disque en laiton par rapport au temps.
Avec le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la droite bleue (donnés par Regressi),
on peut considérer la relation :
Tf1 = 0,0176 . t + 22,9
Cette relation n’est valable que si la température initiale du disque en laiton est 22°C et qu’on
observe les mêmes conditions de température que pendant l’expérience.
Pour l’expérience utilisant la parabole, on observe une faible augmentation de la température
en fonction du temps. Cette faible augmentation est linéaire.
De même, avec le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la droite rouge (donnés par
Regressi), on peut considérer la relation :
Tf2 = 0.00589 . t + 24,7
Cette relation n’est valable que si la température initiale du disque en laiton est 24,8°C et
qu’on observe les mêmes conditions de température que pendant l’expérience.
Ces résultats ne semblent pas très logiques puisque les rayons concentrés par la parabole
devraient faire chauffer de manière plus rapide et plus forte le disque en laiton. La droite
rouge devrait donc être plus pentue.
De plus, la constante solaire après concentration des rayons par la parabole devrait être plus
élevée que dans l’autre condition d’expérience ce qui n’est absolument pas le cas.
On peut conclure que les mesures sont inexactes et qu’il faudrait recommencer les deux
expériences à l’extérieur et en vérifiant la position du disque en laiton par rapport à la
parabole.