Célérité de la lumière dans le vide :c=3,00×108 m·s-1.
Supplément numérique
A
Relation entre longueur d’onde, célérité et fréquence
Annabelle vient d’installer un routeur Wi-Fi à son domicile. La fréquence d’utilisation est une onde hertzienne de 2,4 GHz.
◆ Calculer la longueur d’onde de l’onde en mètre (m).
5
Expression de l’énergie d’un photon (1)
Un lecteur Blu-ray utilise un laser de fréquence 7,41×105 GHz.
◆ Calculer l’énergie (J) et la longueur d’onde (nm) du photon
correspondant.
6
Domaine spectral
◆ Indiquer à quel domaine spectral appartiennent les ondes utilisées par les appareils suivants : routeur Wi‑Fi, scanner de bagages à l’aéroport, phare de voiture et télécommande de télévision.
Supplément numérique
B
Expression de l’énergie d’un photon
Jean possède un pointeur laser sur lequel est écrit λ=532 nm.
◆ Calculer la fréquence et l’énergie des photons associées exprimées toutes deux dans leur unité officielle respective.
Supplément numérique
C
Exploiter un diagramme d’énergie
◆ Avec le doc 1, préciser la nature de la transition et la représenter sur le diagramme quand l’électron passe du niveau : (a) Ea à Ed ; (b) du niveau Ec à Eb .
9
Expression de l’énergie d’un photon (3)
◆Doc. 1 Calculer la variation d’énergie ΔE entre les niveaux Ea à Ec. Puis, convertir et exprimer sa valeur en joule. Enfin, préciser quels sont les deux phénomènes
possibles liés à cette différence d’énergie.
7
Expression de l’énergie d’un photon (2)
◆ Calculer l’énergie en joule (J) puis en électron-volt (eV) d’un photon issu d’un pointeur laser de longueur d’onde λ=650 nm.
8
Exploiter un diagramme d’énergie
◆ Préciser l’état dans lequel se trouve l’électron pour
chaque niveau d’énergie du doc. 1.
Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de potassium
Pour commencer
Le modèle ondulatoire
10
La photodiode
✔APP : Extraire une information utile
Une photodiode est un composant semi-conducteur capable de générer un courant électrique à partir d’un rayonnement électromagnétique.
1. À l’aide du graphique de la sensibilité relative SR=f(λ), indiquer pour quelle longueur d'onde la photodiode est la plus efficace. Indiquer le domaine auquel elle appartient.
Le laser au CO2 existe depuis 1964. Sa puissance pouvant atteindre un kilowatt, on l’utilise pour le découpage et les soudures industrielles. Toutefois, il est également utilisé en chirurgie médicale car il opère à une longueur d’onde très bien absorbée par la peau.
◆ Déterminer la longueur d’onde et le domaine auquel il
appartient sachant que le laser fonctionne à une fréquence de 28,3 THz.
Données
Constante de Planck :h=6,63×10−34 J·s ;
1 eV =1,60×10−19 J ;
Célérité de la lumière dans le vide :c=3,00×108 m·s-1.
Supplément numérique
D
La communication Wi-Fi
✔APP : Formuler un résultat attendu
Les appareils Wi-Fi communiquent avec deux fréquences hertziennes ou ondes submillimétriques de valeur 2,4 GHz ou 5,0 GHz.
1. À quel domaine ces deux ondes appartiennent-elles ?
2. La vitesse de propagation (dans le vide) dépend-elle de leur fréquence ? Justifier.
3. Calculer les deux longueurs d’ondes λinf et λsup correspondantes aux deux fréquences utilisées.
Le modèle particulaire
12
La thermographie (infrarouge)
✔RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs
correspondantes
Utilisée dans de nombreux domaines, la thermographie permet de visualiser à distance la température d’un objet ou d’une personne. En médecine, l’imageur transforme le rayonnement infrarouge mesuré dans une bande spectrale comprise entre 2 et 5μm en un signal électrique pour le coder ensuite en fausse couleur.
◆ Calculer la bande de fréquence et d’énergie du photon détecté.
13
La radiothérapie
✔RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs
correspondantes
La radiothérapie est un traitement local contre le cancer. Avec l’aide d’un accélérateur linéaire, on expose une personne à un rayonnement ionisant d’une fréquence voisine de 3×1020 Hz pour bloquer la capacité des cellules cancérigènes à se multiplier.
1. Calculer l’énergie transportée par le photon en MeV.
2. Comparer sa valeur avec celle du visible (2 eV en moyenne) et l’infrarouge (exercice
Bien que très utilisé dans la production d’accumulateurs rechargeables, ce métal alcalin n’existe pas à l’état natif car il s’oxyde très rapidement. C. Gmelin a observé dès 1818 que ses sels donnent une flamme rouge et intense.
1. Donner une explication à l’existence de niveaux d’énergie dans un atome tel que le lithium.
2. Calculer l’écart d’énergie ΔE correspondant à la transition entre le premier état excité et le fondamental.
3. Après avoir calculé, en joules, l’énergie Er du photon émis, vérifier si la longueur d’onde Δr est cohérente avec la couleur observée.
Données
Niveaux d’énergie de l’atome de lithium (eV)
E1=−5,39
E2=−3,54
E3=−2,01
E4=−1,55
E5=−1,51
Une notion, trois exercices
DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Exploiter un diagramme de niveaux d’énergie en utilisant les relations λ=νc et ΔE=h⋅ν
INFO :
L’hydrogène est l’élément majeur de l’Univers. Tandis que le gaz dihydrogène est très utilisé dans
l’industrie du pétrole pour ses propriétés chimiques, on utilise l’atome d’hydrogène en laboratoire afin de
régler précisément d’autres appareils à l’aide d’une lampe à décharge.
14
L’atome d’hydrogène : série de Paschen
✔ APP : Extraire une information utile
1.
Déterminer la différence d’énergie ΔE, en eV, associée
au passage de l’électron du niveau d’énergie 7 au niveau d’énergie 3.
2.
Exprimer cette différence ΔE en joule.
3. Que devient cette énergie cédée par l’atome ?
4.
Déterminer la fréquence, puis la longueur d’onde de la radiation associée.
15
L’atome d’hydrogène : série de Balmer
✔APP : Maîtriser le vocabulaire
1.
Déterminer la différence d’énergie ΔE, en joule, associée
à la transition d’énergie entre les niveaux 3 et 2.
2.
Déterminer la fréquence, puis la longueur d’onde de la radiation émise.
3. À quel domaine appartient la radiation émise ?
16
L’atome d’hydrogène : série de Lyman
✔RAI/ANA : Construire un raisonnement, communiquer sur les
étapes
Certaines galaxies émettent une raie dite « Lyman-alpha » de longueur d’onde λ=121,6 nm (doc. 1).
◆ Déterminer la transition responsable de cette émission.
Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène
Utilisation des cookies
Lors de votre navigation sur ce site, des cookies nécessaires au bon fonctionnement et exemptés de consentement sont déposés.