Chapitre 6 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés. On rappelle \(E=P/S\), \(P=E\times S\), \(\eta=P_{élec}/P_{reçue}\).
1. Définir en une phrase l'irradiance et donner son unité SI. (1,5 pt)
2. Citer un appareil qui permet de la mesurer. (1 pt)
3. Un pyranomètre indique \(E=850\ \text{W·m}^{-2}\). Calculer la puissance reçue par un panneau de surface \(S=2{,}0\ \text{m}^2\). (2 pts)
4. Une cellule de \(S=50\ \text{cm}^2\) est placée sous la même irradiance. Calculer la puissance qu'elle reçoit (convertir en m²). (1,5 pt)
1. L'irradiance est la puissance lumineuse reçue par unité de surface ; unité : W·m⁻². (1,5 pt)
2. Le pyranomètre (ou le solarimètre). (1 pt)
3. \(P=E\times S=850\times2{,}0=1\,700\ \text{W}\). (2 pts)
4. \(S=50\ \text{cm}^2=50\times10^{-4}=5{,}0\times10^{-3}\ \text{m}^2\) ; \(P=850\times5{,}0\times10^{-3}=4{,}25\approx4{,}3\ \text{W}\). (1,5 pt)
Un panneau photovoltaïque de surface \(S=1{,}8\ \text{m}^2\) est installé sur un toit. Un jour ensoleillé, l'irradiance vaut \(E=1\,000\ \text{W·m}^{-2}\). Au point de puissance maximale, le panneau débite une intensité \(I=9{,}0\ \text{A}\) sous une tension \(U=30\ \text{V}\).
1. Calculer la puissance lumineuse reçue \(P_{reçue}\). (2 pts)
2. Calculer la puissance électrique produite \(P_{élec}\). (2 pts)
3. En déduire le rendement \(\eta\) du panneau, en pourcentage. (2 pts)
4. Expliquer pourquoi le rendement est nécessairement inférieur à 1. Que deviennent les 84 % de puissance non convertis ? (2 pts)
1. \(P_{reçue}=E\times S=1\,000\times1{,}8=1\,800\ \text{W}\). (2 pts)
2. \(P_{élec}=U\times I=30\times9{,}0=270\ \text{W}\). (2 pts)
3. \(\eta=\dfrac{P_{élec}}{P_{reçue}}=\dfrac{270}{1\,800}=0{,}15=15\ \%\). (2 pts)
4. On ne peut pas produire plus d'énergie électrique qu'on ne reçoit de lumière : \(P_{élec}\le P_{reçue}\) donc \(\eta\le 1\). Les \(\approx84\ \%\) restants sont perdus, principalement en chaleur (échauffement du panneau) et par réflexion d'une partie de la lumière. (2 pts)
Un laser utilisé en travaux pratiques émet une puissance \(P=2{,}0\ \text{mW}\) sur un spot circulaire de rayon \(r=0{,}50\ \text{mm}\).
1. Citer deux caractéristiques de la lumière émise par un laser. (1,5 pt)
2. Calculer l'aire du spot \(S=\pi r^2\) (en m²). (2 pts)
3. En déduire l'irradiance \(E\) du faisceau. (1,5 pt)
4. Citer une mesure de protection à respecter lors de son utilisation. (1 pt)
1. Deux parmi : monochromatique, directive (faisceau étroit), cohérente. (1,5 pt)
2. \(r=0{,}50\times10^{-3}\ \text{m}\) ; \(S=\pi r^2=\pi\times(0{,}50\times10^{-3})^2\approx7{,}9\times10^{-7}\ \text{m}^2\). (2 pts)
3. \(E=\dfrac{P}{S}=\dfrac{2{,}0\times10^{-3}}{7{,}9\times10^{-7}}\approx2{,}5\times10^{3}\ \text{W·m}^{-2}\). (1,5 pt)
4. Ne jamais diriger le faisceau vers les yeux / porter des lunettes de protection adaptées / respecter la classe du laser (toute réponse correcte acceptée). (1 pt)