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Une bouteille contenant de l’eau est placée à la lumière du soleil d’intensité constante et absorbe le rayonnement infrarouge. Pendant l’exposition de la bouteille au soleil, la température de l’eau reste constante. Laquelle des affirmations suivantes est correcte ? (A) L’eau ne reçoit aucune énergie de la lumière du soleil. (B) L’absorption et l’émission de radiations infrarouges n’ont aucun effet sur la température. (C) L’eau absorbe plus d’énergie du rayonnement infrarouge que l’énergie perdue en se refroidissant. (D) L’eau perd exactement autant d’énergie en se refroidissant que l’énergie du rayonnement infrarouge qu’elle absorbe. (E) L’eau perd plus d’énergie en se refroidissant que l’énergie du rayonnement infrarouge qu’elle absorbe.
Nous avons donc ici cette bouteille d’eau, et elle absorbe le rayonnement infrarouge du soleil. En même temps, on nous dit que l’eau dans la bouteille a une température constante. Nous voulons choisir laquelle de nos options de réponse explique comment cette eau peut absorber le rayonnement tout en maintenant une température constante.
Le premier choix de réponse affirme que l’eau ne reçoit aucune énergie de la lumière du soleil. Nous savons cependant que ce n’est pas vrai. Par exemple, chaque fois que nous nous exposons au soleil, nous ressentons la chaleur du soleil. La lumière du soleil transfère de l’énergie à tout ce qui absorbe cette lumière.
L’option (B) indique que l’absorption et l’émission de radiations infrarouges n’affectent pas la température. Nous savons cependant que ce n’est pas vrai non plus. Si nous laissons un cube de glace, par exemple, à la lumière du soleil, le rayonnement infrarouge de la lumière absorbée par le cube peut élever la température de ce cube de sorte qu’il fond.
L’option de réponse (C) dit que l’eau de notre bouteille absorbe plus d’énergie du rayonnement infrarouge que l’énergie perdue en se refroidissant. Cette énergie perdue par le refroidissement se produit par l’émission de rayons infrarouges. L’eau absorbe donc le rayonnement infrarouge, puis en émet. Si l’eau absorbait plus d’énergie du rayonnement infrarouge que l’énergie perdue, cela signifierait que sa température augmenterait. Puisque la température de l’eau est constante, nous savons que cela ne se produit pas réellement.
Contrairement à l’option (C), l’option (D) dit que l’eau perd exactement autant d’énergie par refroidissement qu’elle reçoit du rayonnement infrarouge. En d’autres termes, la quantité d’énergie transférée à l’eau est la même que la quantité d’énergie perdue par l’eau. Quand ces quantités sont les mêmes, nous nous attendons à ce que la température de l’eau reste constante. L’option de réponse (D) semble être notre réponse. Mais juste pour être sûr, regardons le dernier choix.
L’option (E) dit que l’eau perd plus d’énergie en se refroidissant que l’énergie du rayonnement infrarouge qu’elle absorbe. Si cela se produisait, la température de l’eau diminuerait. L’eau perdrait plus d’énergie qu’elle n’en absorbe par l’absorption.
Cela confirme l’option de réponse (D). L’eau perd exactement autant d’énergie en se refroidissant que l’énergie du rayonnement infrarouge qu’elle absorbe.
