Exercitations de physique des dispositifs sur la détermination de la concentration en dioxyde de soufre de l’air - correction, Exercices de Physique des dispositifs à impulsions
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Eleonore_sa7 May 2014

Exercitations de physique des dispositifs sur la détermination de la concentration en dioxyde de soufre de l’air - correction, Exercices de Physique des dispositifs à impulsions

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Exercitations de physique des dispositifs sur la détermination de la concentration en dioxyde de soufre de l’air dans une grande agglomération - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude du diagr...
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Exercice 3: Détermination de la concentration en dioxyde de soufre de l’air (4pts)

Amérique du nord2007 Exercice 3 : Détermination de la concentration en dioxyde de soufre de l’air

dans une grande agglomération (4 points) CORRECTION

1. Étude du diagramme simplifié des niveaux d’énergie.

1.1 La molécule de dioxyde de soufre passe d'un

état stable de plus basse énergie E0 a un état d'énergie E1

appelé état excité pour lequel E1 > E0.

1.2 L’état fondamental correspond à l’état de plus

basse énergie. (on place E0 « en bas »).

La molécule de SO2 étant dans l’état d’énergie E1 se

désexcite et passe à l’état d’énergie E2. Cela signifie que

la molécule perd de l’énergie lorsqu’elle passe de l’état

E1 à l’état E2. Donc E1 > E2.

On a donc l'ordre suivant pour les niveaux d'énergie :

E0 < E2 < E1

2. Étude de la transition entre les états d’énergie E0 et E1.

2.1 Cette transition correspond à une absorption d'énergie car E1 > E0.

2.2 Voir diagramme ci-dessus.

2.3 L’énergie correspondant à la transition est : ΔE1 = E1 – E0 = h. 1 = h. 1

c

Application numérique : ΔE1 = 6,63×10 -34 

8

9

3,00 10

214 10 

 = 9,29 10-19 J

Or 1 eV = 1,60×10-19 J donc ΔE1 = 6,63×10 -34 

8

9 19

3,00 10

214 10 1,60 10  

   = 5,81 eV

3. Étude de la transition entre les états d’énergie E1 et E2.

3.1 Voir diagramme ci-dessus.

3.2 On a ΔE2 = h. 2

c

  2 = h.

2

c

E

En convertissant ΔE2 en joules, il vient : 2 = 6,63×10 -34

8

19

3,00 10

3,65 1,60 10 

  = 3,41  10–7 m = 341 nm

Cette radiation est bien dans le domaine de l’ultraviolet car 2 < 400 nm.

4. Détermination de la concentration en dioxyde de soufre dans l’air de la grande agglomération.

4.1. La tension de sortie est proportionnelle à la concentration en dioxyde de soufre :

U0 = k. [SO2]0 et U1 = k. [SO2]1 avec k coefficient de proportionnalité.

On a    

02

12

0

1

SO

SO

U

U  soit [SO2]1 =  02

0

1 SO. U

U

[SO2]1 = 100 50,0

15,0  = 30 ppbv

4.2. 1 ppbv (partie par milliard en volume) = 2,66 μg.m-3 pour le dioxyde de soufre

Donc : [SO2]1 = 30 ppbv = 30  2,66 = 80 µg.m-3

Comme [SO2]1 > 50 µg.m-3 l’air de la grande agglomération n'est pas respirable sans danger.

E en eV

0

E0

E2

E1

Etat fondamental stable

Etats excités

1

h1

2

h2

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