Aperçu du sujet
EXERCICE I. Une céramique comme réservoir d’énergie (6 points) Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont découvert une céramique capable de stocker de l’énergie. Son principe de fonctionnement est extrêmement simple ; une courte exposition au Soleil permet de la « charger » ! Cette énergie peut être stockée pendant
EXERCICE I. Une céramique comme réservoir d’énergie (6 points) Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont découvert une céramique capable de stocker de l’énergie. Son principe de fonctionnement est extrêmement simple ; une courte exposition au Soleil permet de la « charger » ! Cette énergie peut être stockée pendant une longue durée et restituée selon les besoins. Le secret de ce matériau (pentoxyde de trititane, Ti O ) réside dans sa structure. En effet, 3 5 sous certaines conditions (élévation de la température, exposition à un rayonnement électromagnétique, application d’un courant électrique…), le matériau change de structure cristalline (voir ci-dessous) ; l’énergie reçue permet le passage du beta-pentoxyde de trititane (𝛽-Ti O ) au lambda-pentoxyde de trititane (𝜆-Ti O ). Cette nouvelle structure est 3 5 3 5 stable. Pour restituer l’énergie, il suffit de soumettre ce matériau à une certaine pression. Stockage puis restitution de l’énergie Stockage Restitution de de l’énergie l’énergie Pression Données Constante de Planck : h = 6,63×10-34 J.s Intensité de la pesanteur : g = 9,81 m.s-2 La valeur de la célérité de la lumière c est supposée connue du candidat Volume V d’un cylindre de base circulaire de rayon r et de hauteur H : V = 𝜋. r 2.H Surface S d’un disque de rayon R : S = 𝜋.R 2 Caractéristiques de la pastille cylindrique de pentoxyde de trititane utilisée dans les expériences présentées dans cet exercice : Diamètre : 13,0 mm Épaisseur : 0,500 mm Masse : 0,265 g D’après Tokoro, H. et al. (2015). External stimulation-controllable heat-storage ceramics. Nature communications. 6. 7037. 10.1038/ncomms8037. 1. Stockage de l’énergie Pour modifier la structure cristalline du pentoxyde de trititane, on utilise un laser. L’énergie électromagnétique du faisceau de lumière permet de modifier les liaisons à l’intérieur du cristal. Au cours de cette étape, l’énergie du rayonnement doit être focalisée sur la pastille de pentoxyde de trititane. 19 PYSCSAS 1 Page 2 sur 12 Pour modifier sa structure cristalline et effectuer le passage du 𝛽-Ti O au 𝜆-Ti O , le 3 5 3 5 matériau doit recevoir une énergie volumique E = 230 J.cm-3. 1.1. Parmi les schémas suivants, identifier celui qui illustre le stockage de l’énergie par le pentoxyde de trititane. Justifier votre réponse. Schéma A Schéma B Schéma C 1.2. Sachant que la totalité de la surface de la pastille est éclairée, vérifier que