Installation d'un panneau routier. Bac G Nouvelle Calédonie 2025. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . .. .. ...... ... Disposés à la sortie des écoles ou aux intersections dangereuses, les panneaux lumineux de signalisation peuvent avertir les conducteurs afin qu’ils ajustent leur vitesse en fonction des limitations en vigueur. Source : d’après https://www.trafic.fr/0-signalisationroutiere-panneaux-renforces-leds.html Cet exercice étudie divers aspects d’un panneau routier lumineux, de type A13a (danger « endroit fréquenté par les enfants »), qui a été installé à proximité d’un groupe scolaire. Il est alimenté par un panneau solaire disposant d’une batterie de stockage d’énergie et d’un radar de vitesse. Données : • Constante de Planck : h = 6,63 × 10–34 J·s. • 1 eV = 1,60 × 10–19 J. • Célérité de la lumière : c = 3,00 × 108 m·s–1 .  • Masse de l’électron : me = 9,11 × 10–31 kg. • Puissance lumineuse du Soleil, atteignant la surface de la Terre par un ciel clair, par unité de surface : Ps = 1000 W·m–2 . • Valeur de la vitesse limite dans la zone de danger : vlim = 30 km·h–1 .  • L’émetteur émet une onde électromagnétique de fréquence : fE = 24,125 GHz.  • Le décalage Df en fréquence est donné par la relation (avec v la valeur de la vitesse du véhicule détecté) :  |Df| = 2 × fE × v / c. Partie A – Étude du panneau solaire Le panneau de signalisation est alimenté par un ensemble de cellules photovoltaïques. Ces dernières sont constituées de silicium, un matériau semi-conducteur dont la bande de valence et la bande de conduction sont séparées par un travail d’extraction noté Egap. 1. Décrire l’effet photoélectrique mis en jeu lors du fonctionnement de la cellule photovoltaïque. La lumière, éclairant le panneau, permet d'extraire des électrons du silicium : des électrons passent de la bande de valence à la bande de conduction. C'est l'effet photoélectrique. L'effet photoélectrique est une interaction entre un photon et un électron. 2. Citer une autre application de ce phénomène. Capteur photoélectrique utilisé dans les systèmes de détection de présence. 3. Calculer la longueur d’onde correspondante lseuil nécessaire à l’électron pour franchir le gap d’énergie. Egap = h c / lseuil ; lseuil = h c / Egap =6,63 10-34 x3,0 108/ (1,12 x1,60 10-19 )=1,10 10-6 m.  4. Indiquer, en vous aidant de la figure , si l’utilisation de silicium est adaptée pour une cellule photovoltaïque. La majeur partie du rayonnement solaire se trouve à des longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde seuil du silicium. Ce dernier est donc adapté. Le panneau photovoltaïque, constitué d’une multitude de cellules, a les caractéristiques techniques suivantes : Tension électrique Umax, à la puissance maximale 23,76 V Intensité du courant électrique Imax, à la puissance maximale 0,89 A Rendement 12 %  Dimensions du panneau (longueur × largeur × épaisseur) 795 × 220 × 25 (en mm) Source : fiche technique https://www.jade-technologie.com/produits/panneaux-solaires-photovoltaique-verre-tedlar 5. Donner l’expression littérale du rendement du panneau photovoltaïque. Rendement = puissancé électrique disponible / puissance du rayonemen solaire. 6. Vérifier que la valeur du rendement du panneau photovoltaïque est bien celle indiquée par le fabricant. Puissance électrique = Umax Imax = 23,76 x 0,89 =21,15 W. Puissance solaire = 0,795 x 0,22 x 1000=174,9 W. Rendement : 21,15 / 174,9 ~0,12 ( 12 %). ... =  = .... Partie B – Cinémomètre.  Le panneau de signalisation est doté d’un radar de détection. Il s’agit d’un cinémomètre qui mesure la valeur de la vitesse du véhicule qui s’approche du panneau et déclenche son allumage en fonction d’une vitesse seuil. Si la valeur de la vitesse du véhicule est supérieure à la vitesse seuil, les LED du panneau routier s’allument et clignotent. Le panneau est installé en amont d’une zone dont la valeur de la vitesse limite est 30 km·h–1 . La valeur de la vitesse seuil a été fixée à 25 km·h–1. Le radar est constitué d’un émetteur et d’un récepteur d’ondes électromagnétiques de célérité c. Un analyseur permet de mesurer la différence de fréquence Df entre l’onde émise et l’onde reçue si un obstacle en mouvement se présente face au radar. Cette analyse permet ensuite d’obtenir la valeur de la vitesse v du véhicule détecté. 7. Nommer et décrire le principe physique sur lequel repose le fonctionnement du radar. Effet Doppler. Emission d'une onde électromagnétique par le radar. L'onde se réfléchit sur le véhicule en mouvement et revient vers le récepteur duradar. L'onde reçue a une fréquence différente de l'onde émise. Ce décalage en fréquence permet de mesurer la vitesse du véhicule.  Un véhicule s’approche de l’école. Lors du passage de ce véhicule, la différence de fréquence mesurée entre l’onde émise et l’onde reçue est |Df| = 2010 Hz. 8. Indiquer, en justifiant, si la fréquence du signal reçu est inférieure, égale ou supérieure à celle du signal émis. Le véhicule s'approche du radar : la fréquence de l'onde reçue est donc plus grande que la fréquence de l'onde émise. 9. Déterminer si le panneau routier s’éclaire ou non, lors du passage du véhicule.  |Df| = 2 × fE × v / c. v = c  |Df| / ( 2 × fE )=3,0 108 x 2010 / (2 x24,125 109)=12,497 m/s ou 12,497 x3,6 ~45 km /h > 25 km /h.. Le panneau routier s'éclaire. Le panneau de signalisation est équipé d’une batterie pour stocker l’énergie fournie par le panneau photovoltaïque. La batterie utilisée a une capacité de 4000 mAh. On suppose que l’intensité moyenne nécessaire pour que les LED du panneau routier s’allument et clignotent est Imoyenne = 0,79 A.    Déterminer la durée maximale de clignotement du panneau routier possible pendant la nuit. Commenter. 4000 mAh = 4 Ah. Durée maximal de clignotement = 4 / 0,79 ~ 5 heures. Le trafic nocture étant faible et la durée du clignotement  étant assez courte, une autonomie de 5 heures est suffisante pour assurer la signalisation lumineuse.

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