D�termination de la hauteur de glace avec
une chaine de capteurs de temp�rature,
Observation de cyanobact�ries au microscope, bac STL- SPCL
2021.
En
poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation
de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres
d’int�r�ts.
..
..
|
|
30
capteurs de temp�rature espac�s de 10 cm sont fix�s sur une tige
m�tallique verticale traversant la glace. La chaine de capteurs permet
de d�terminer l'�volution de la temp�rature en fonction de l'altitude
dans les diff�rentes couches air / neige / glace / oc�an.
1. Citer les 3
modes possibles de transfert thermique.
Conduction, convection, rayonnement.
La puissance thermique �chang�e � travers une couche de glace peut
s'�crire sous la forme :
F =(qzone chaude-qzone froide) / Rth
avec Rth glace = e / (lglace
S)
S : surface d'�change thermique ; e : �paisseur moyenne de la glace ; l glace :
conductivit� thermique de la glace exprim�e en W m-1 K-1.
2. Pr�ciser en justifiant l'unit�
de la r�sistance thermique.
e s'exprime en m�tre ; S s'exprime en m2 ; l glace
s'exprime en W m-1 K-1.
Rth glace s'exprime en K W-1.
On consid�re une couche de glace d'�paisseur moyenne e = 1,80 m. On
donne le profil de temp�rature repr�sentant l'�volution de la
temp�rature en fonction de l'altitude dans les diff�rentes couches air
/ glace / oc�an.
3. D�terminer la temp�rature dans
l'air et la temp�rature de l'oc�an.
4.
Indiquer le sens du transfert de la puissance thermique � travers la
glace, entre l'air et l'oc�an.
Le transfert thermique s'effectue du corps le plus chaud ( l'oc�an)
vers le corps le plus froid ( l'air).
On consid�re une banquise de surface 10 m2 avec une
�paisseur de neige de 10 cm au dessus de 1,80 m de glace. lneige = 0,11 W m-1
K-1.
5. Calculer la valeur de la
r�sistance thermique de la couche de neige.
Rth
neige = 0,10 /(0,11 x10)=0,091 K W-1.
7. Donner
l'expression de la r�sistance thermique totale de l'ensemble des deux
couches ( glace + neige).
Rth total = Rth neige + Rth glace.
8. 9. Sachant que Rth
glace = 86 10-3 K W-1, calculer la
r�sistance thermique de l'ensemble des deux couches. Peut-on n�gliger
l'�paisseur de neige ?
Rth
total =86 10-3 +0,091 =0,177 K W-1.
La r�sistance thermique de la couche de neige et vosine de celle de la
couche de glace. Il faut prendre en compte la couche de neige.
10
D�terminer la puissance thermique traversant les deux couches.
F =(qzone chaude-qzone froide) / Rth
=(-2 -(-35) / 0,177 ~186 W.
11. La temp�rature � l'interface neige / glace vaut -18�C. Compl�ter le
profil de temp�rature.
Le 21 mars 2007, les membres de l'exp�dition Tara charg�s de d�terminer
l'�paisseur de glace ont r�cup�r� les mesures obtenues par les capteurs
de la chaine de temp�rature. Le graphe ci-apr�s repr�sente l'�volution
de la temp�rature en fonction de l'altitude.
12. Proposer une
m�thode graphique pour d�terminer la hauteur de la couche de neige et
celle de glace.
A chaque interface od�an-glace, glace -neige et neige - air, on observe
une rupture de pente des droites.
L'�paisseur de glace est voisine de 130 cm et celle de neige de 10 cm.
R�gulation de la temp�rature dans le laboratoire sec.
La temp�rature du laboratoire doit �tre maintenue � 21�1 �C. La temp�rature de l'air frais est 16�C.
On �tudie le dispositif de r�gulation associ� au climatiseur.
L'�volution du d�bit d'air frais fourni par le climatiseur en fonction
de la commande en puissance du r�gulateur exprim�e en % est donn�e par
le graphe suivant :
Une r�gulation "tout ou rien" est mise en oeuvre ( TOR).
13. Rappeler le
principe de cette r�gulation et donner les deux valeurs possibles de la
commande dans le cas d'une r�gulation TOR. Pr�ciser les valeurs des
d�bits d'air frais associ�s.
Le but de la r�gulation est de maintenir la temp�rature du laboratoire
� 21 �C en utilisant un actionneur lorsque l'environnement varie.
Un capteur d�termine � chaque instant l'�cart entre la consigne et la valeur actuelle de la temp�rature.
Si l'�cart est n�gatif, l'actionneur fonctionne et fait cro�tre la
temp�rature. Quand l'�cart est positif, l'actionneur est coup�.
Les deux valeurs possibles de la commande de puissance sont 0 % ou 100 %.
14. Proposer un
algorithme permettant de fixer la valeur de commande en fonction de la
mesure et de la consigne pour une r�gulation en "tout ou rien" � un
seuil.
E = 0, le climatiseur est � l'arr�t.
E = 1 : le climatiseur marche, la temp�rature du laboratoire diminue.
Executer p�riodiquement l'algorithme suivant :
Si S > 22�C
E = 1
sinon
Si S < 20�C
E=0
Fin Si
Fin _ Si_Sinon
15. Le premier
graphique repr�sente l'�volution de la mesure au cours du temps.
Compl�ter le second graphique de ce document en tra�ant les
variations de la commande en concordance de temps avec la mesure de M.
En justifiant, indiquer si la temp�rature 21�1 �C est respect�e.
|
Observation de cyanobact�ries au microscope.
La taille moyenne des cyanobact�ries vaut 0,6 �m. Un microscope est constitu� :
- d'un objectif mod�lis� par une lentille mince convergente L1 de distance focale f '1 :
- d'un oculaire mod�lis� par une lentille mince convergente L2 de distance focale f '2.
La cyanobact�rie est mod�lis�e par un objet AB perpendiculaire � l'axe du microscope.
1. Tracer deux rayons qui permettent de construire l'image interm�diaire A1B1.
Le rayon issu de B, passant par le centre optique O1 de L1 n'est pas d�vi�.
Le rayon issu de B, parall�le � l'axe optique, �merge en passant par le foyer image F'1.
2.3. L'image interm�diaire se situe dans le plan focal objet de L2. Pr�ciser o� se trouve l'image d�finitive.
L'image d�finitive se trouve � l'infini.
4. Quel int�r�t pr�sente la position de l'image A' B' � la sortie du syst�me optique ?
L'oeil observe sans fatigue, sans accommoder, l'image A'B' situ�e � l'infini.
5. Montrer que le diam�tre apparent de la cyanobact�rie est q = 2,4 10-6 rad.
Observation � l'oeil nu de la cyanobact�rie situ�e � 25 cm.
tan q ~ q = 0,6 10-6 / 0,25 =2,4 10-6 rad.
6. La cyanobact�rie est-elle observable � l'oeil nu ? Justifier.
Le pouvoir s�parateur de l'oeil �tant 3,0 10-4 rad, valeur sup�rieure � 2,4 10-6 rad, la cyanobact�rie ne peut pas �tre observable � l'oeil nu.
7. Quel est le grossissemant minimal du microscope permettant d'observer la cyanobact�rie ?
G = 3,0 10-4 / (2,4 10-6) =125.
Le grossissement G du microscope peut �tre calcul� partir du grandissement gobj et du grossissement Goc de l'oculaire par la relation : G = |gobj| x Goc.
8. Que repr�sente le grandissement de l'objectif ?
Le grandissement de l'objectif est le rapport entre la taille de l'image form�e par l'objectif et la taille r�elle de l'objet.
9.
Parmi les objectifs suivants, d�terminer celui qui peut �tre utilis�
pour observer une cyanobact�rie de taille moyenne. Justifier.
Objectifs : 20 x ; 10 x ; 5 x/.
Goc = 10.
|gobj| = grossissement minimal / Goc = G / Goc = 125 / 10 = 12,5.
L'objectif 20 x convient.
|
|
