Travaux pratiques de physique avancée 7 - correction, Exercices de Physique Avancée
Eleonore_sa
Eleonore_sa9 May 2014

Travaux pratiques de physique avancée 7 - correction, Exercices de Physique Avancée

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Travaux pratiques de physique avancée sur les histoires d’euros - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Les billets d’euro infalsifiables grâce à une lampe à vapeur de mercure, Une étape dans la fa...
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Exercice 3 Histoire d'euros (6 points)

Pondichéry 2010 Exercice 3 : Histoires d’euros…(6 points) Partie I : Les billets d’euro infalsifiables grâce à une lampe à vapeur de mercure 1.1 Spectre de l’atome de mercure

1.1.1(0,5) La lampe à vapeur de mercure permet d’obtenir un spectre d’émission discontinu (spectre de raies). 1.1.2(0,75)

1.1.3 (0,5) E = h. 1 1

.  

hc E

-

-

, ,

,

34 8

9

6 62 10 3 00 10 E

253 6 10

   

= 7,83×10–19 J

1,00 eV = 1,60×10–19 J soit E = ,

,

19

19

7 83 10

1 60 10

 = 4,89 eV

1.1.4(0,25) Les nanopigments des billets reçoivent de l’énergie de la part de la lampe à vapeur de mercure. Ceux-ci sont alors excités et émettent une couleur rouge ou verte. Si le billet soumis à la lampe n’émet pas ces couleurs, le billet ne contient pas les nanopigments, c’est donc un faux. 1.2 Diagramme énergétique de l’atome de mercure 1.2.1(0,5) Le niveau E0 = -10,44 eV représente le niveau fondamental.

Les niveaux E1, E2, E3, E4 représentent des états excités.

1.2.2(0,5)

Le photon de longueur d’onde 1 = 253,6 nm, possède une énergie E = 4,89 eV. Cette énergie correspond à la transition entre le niveau fondamental et l’état excité E2. E = |E0 – E2|

1.2.3 (0,5) L’atome de mercure absorbe l’énergie correspondant au photon de longueur d’onde

1. Il passe dans l’état excité E2.

 (en nm) 400 800

Visible Ultraviolets Infrarouges

Énergies (eV)

E0

E1

E2

E3

E4

0

-3,73

-4,98

-5,55

-5,77

-10,44

Émission d’un photon

Partie II : Une étape dans la fabrication des pièces : le cuivrage des flans 2.1(0,25) Le dépôt de cuivre a lieu sur le flan en acier, relié à la borne – du générateur. 2.2 (0,25) 2.3 Flan en acier : Cu2+(aq) + 2e– = Cu(s) Il s’agit d’une réduction.

(0,5) Électrode de cuivre : Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e–

Il s’agit d’une oxydation.2.4 Le flan en acier est constitué de :

- deux faces, ce sont des disques de surface .r² avec r = d/2,

soit une surface égale à 2.r² = 2.

2 d

2

     

= . ²d

2

- d’un cylindre de diamètre d et d’épaisseur : soit une surface égale à .d.

La surface du flan est S = .d²/2 + .d.

La couche à déposer a une épaisseur e, soit un volume de métal V = S.e

V = .e.d²/2 + .d. .e

La masse de cuivre à déposer est m(Cu) = (Cu).V

(0,25) Il vient :

2π.e.d .μ(Cu) m(Cu) = + π.e. .d.μ(Cu)

2

- - - -( ) ,( ) , ,

  

               

6 3 2 3 6 3 3 325 10 21 10 8 9 10m Cu 25 10 1 5 10 21 10 8 9 10

2

(0,5) m(Cu) = 1,810–4 kg = 0,18 g On retrouve la valeur proposée. 2.5 (0,5) Q =ne.F Or d’après l’équation Cu2+(aq) + 2e– = Cu(s), on a ne / 2 = n(Cu)

Donc ne = 2.n(Cu) = 2. ( )

( )

m Cu

M Cu

( ) . .

( )

m Cu Q 2 F

M Cu 

,

,

0 18 Q 2 96500

63 5    = 5,47102 C = 5,5102 C

2.6(0,25) Q = I.t, soit Q

t I

 

t = . ( ).

( ).

2 m Cu F

M Cu I

t = ,

, ,

2 0 18 96500

63 5 5 0

 

 = 1,1102 s = 1,8 min

Électrode de cuivre

Solution de sulfate de cuivre (II)

Flan en acier

+

A

Électrons

=

2R=d

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