L'énergie du soleil - L'énergie solaire au service de l'exploration spatiale

Brève description :

Dans cette série d'activités, les élèves découvriront deux concepts qui influencent la conception des panneaux solaires pour les missions spatiales : la loi du carré inverse et l'angle d'incidence.

Les élèves effectueront deux recherches simples en utilisant une cellule photovoltaïque (cellule solaire) et une source de lumière.

Tout d'abord, ils mesureront comment la puissance produite par les cellules solaires varie en fonction de la distance par rapport à la source lumineuse et tenteront de retrouver expérimentalement la loi du carré inverse pour l'intensité lumineuse.

Les élèves réaliseront ensuite une deuxième expérience pour étudier la dépendance de la puissance de sortie de la cellule solaire par rapport à l'angle d'incidence. Enfin, ils appliqueront ces concepts à des missions spatiales réelles de l'ESA.

Sujet : Science, Physique
Objectifs d'apprentissage :  
  • Comprendre et calculer l'intensité lumineuse.
  • Comprendre l'angle d'incidence.
  • Apprendre à connaître les cellules solaires.
  • Réalisez des expériences pratiques pour étudier la loi du carré inverse de la lumière et l'impact de l'angle d'incidence de la lumière.
  • Analyser et tracer des données.
  • Construire des circuits électriques simples à l'aide de cellules solaires.
  • Apprendre la différence de potentiel électrique, le courant électrique, la puissance et l'intensité lumineuse.
  • Étude des besoins en énergie solaire des missions spatiales.

Tranche d'âge :
14 - 18 ans

Temps
Préparation : 1 heure
Montage de l'expérience : 20 minutes
Leçon : 1 heure à 30 minutes

Langues :
 Anglais, Danois, Français, Allemand, Polonaiset Espagnol.
Télécharger l'activité - EN
Activité 1 : La loi du carré inverse

Dans cette activité pratique, les élèves calculent la puissance d'un panneau solaire en mesurant le courant électrique et la différence de potentiel électrique et tentent de retrouver la loi du carré inverse à partir de leurs mesures expérimentales.
Équipement

  • Feuille de travail des élèves imprimée pour chaque groupe
  • Annexe 1 imprimés pour chaque groupe
  • Une boîte sombre (ouverte à une extrémité)
  • Stylo/crayon
  • Câbles électriques
  • Ruban adhésif
  • Source de lumière (petite ampoule, 4,5V, 0,3A)
  • Règle
  • une tige de 30 cm (par exemple un bâton en bois)
  • Matériel pour bloquer la lumière (par exemple une éponge, un tissu)
  • Ampèremètre et voltmètre (ou un multimètre)
  • Pinces crocodiles
Activité 2 : L'angle d'incidence

Dans cette activité, les élèves découvriront l'importance de l'angle d'incidence et les avantages d'un positionnement optimal des cellules solaires. Grâce à une expérience, ils mesureront l'influence de l'angle d'incidence sur la production d'énergie.
Équipement

  • Feuille de travail des élèves imprimée pour chaque groupe
  • Annexe 2 imprimée pour chaque groupe
  • Stylo/crayon
  • Montage expérimental de l'activité 1 (voir annexe 2)
  • Bâton pour faire tourner la cellule solaire (bâton de BBQ par exemple)
  • Rapporteur
Activité 3 : Explorer l'espace avec l'énergie solaire

Dans cette activité, les élèves s'entraînent à utiliser la loi du carré inverse dans le cadre de missions spatiales réelles de l'ESA. Ils découvriront comment les propriétés de la loi du carré inverse influent sur la taille des panneaux solaires et comment l'angle d'incidence est d'une importance capitale pour les missions qui s'aventurent près du Soleil.
Équipement

  • Fiche de travail de l'élève imprimée pour chaque élève
  • Stylo/crayon
  • Calculatrice

Le saviez-vous ?

La Station spatiale internationale (ISS) est alimentée par des panneaux solaires. L'image de droite montre certains des panneaux solaires de l'ISS, qui accueille jusqu'à six astronautes à la fois. Lorsque l'ISS est en orbite autour de la Terre, les panneaux solaires peuvent être tournés pour être orientés plus directement vers le Soleil. Les panneaux couvrent une surface de 2500 m³, soit l'équivalent de la moitié d'un terrain de football.

Panneaux solaires sur l'ISS

Mots-clés :

, , , ,