Données h = eV.s c = 3,00.108 m.s-1 4cs
Cste loi de Wien. 2,898.10-3
DS physique 1h30
Au bac, quelquefois les énoncés sont très longs, il est donc inutile de hurler ou d'invoquer les dieux pour se plaindre de la longueur des énoncés…merci.
Exercice n°1 : étude de différentes lampes
Dans les premières lampes (Edison 1879), le filament était une fibre végétale recouverte de carbone dans une ampoule où l'on faisait le vide. la température du filament de carbone était : θ = 1 700 °C.
Le tungstène remplaça avantageusement le carbone, car le filament, de forme spiralée, peut être porté à une température plus élevée : T = 2500 K. (Tfusion du tungstène = 3 422 °C ). La lampe halogène émet, elle, une lumière correspondant à une source thermique T = 3000 K
Comment peut-on qualifier un spectre d'origine thermique ? représenter schématiquement la forme du spectre d'émission d'un tel corps.
Calculer pour chacune des trois lampes évoquées la valeur de la longueur d'onde maximale d'émission.
Dans quel domaine se situe la longueur d'onde principalement émise par la lampe d'Edison ? Pourquoi émet-elle une couleur jaune ?
Comment évolue la longueur d'onde maximale d'émission lorsque la température augmente ?
L'éclairage de l'avenir la DEL : la DEL produit une lumière bleue. Elle contient de plus, une poudre fluorescente qui excitée par une lumière bleue émet une lumière jaune.
Les lampes DEL possèdent un profil spectral suivant :
5-
la lumière blanche est-elle obtenue par synthèse additive ou soustractive ?
peut-on en déduire la température en utilisant la loi de Wien ?
la longueur d'onde bleue est elle supérieure ou inférieure à la radiation jaune ?
A
l'aide de la question précédente, comparer l'énergie des photons émis par ces deux radiations ?
Exercice n°2 : à la découverte des panneaux solaires : exercice …pour s'échauffer
L'effet photoélectrique désigne, en premier lieu l'émission d'électrons par un matériau soumis à l'action de la lumière
Comment un électron peut-il acquérir de l’énergie pour devenir libre ? (2 possibilités)
Quels sont les différents cas envisageables lorsqu'un électron absorbe un photon ?
Application au zinc
Calculer la longueur d'onde d'un photon permettant d'extraire un électron du zinc sachant que l’énergie nécessaire pour libérer un électron d’un atome de zinc et le transformer en ion zinc Zn+ est 9,394 eV (cette énergie est appelée énergie de première ionisation).
A quel type de rayonnement cette longueur d'onde correspond-elle ?
Que se passerait-il si le métal était atteint avec une énergie supérieure à 10 eV ?
Application de l'effet photoélectrique
Le soleil est une source d’énergie inépuisable, l’exploitation de son rayonnement pour produire de l’électricité a été possible par la compréhension de l’effet photoélectrique : un panneau photovoltaïque convertit une partie de l’énergie lumineuse du soleil en énergie électrique.
 Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour la fabrication de panneaux photovoltaïques. Il fait partie de la famille des matériaux semi-conducteurs dont le diagramme d’énergie des électrons est du type schématisé ci-contre.
En effet, en physique du solide, les bandes de valence et de conduction modélisent des valeurs d'énergie que peuvent prendre les électrons d'un semi-conducteur à l'intérieur de celui-ci. De façon générale, ces électrons n'ont la possibilité de prendre que des valeurs d'énergie comprises dans certains intervalles, lesquels sont séparés par des "bandes" d'énergie interdites. Cette modélisation conduit à parler de bandes d'énergie.
La bande de valence est la dernière bande de basse énergie contenant des électrons.
La bande de conduction est la première bande de haute énergie vide d’électrons.
Le passage de l'une à l'autre se traduit par la naissance d'un courant électrique
Pour le silicium, l’énergie nécessaire (Gap) pour faire passer un électron de la bande de valence à la bande de conduction est de 1,12 eV.
Calculer la longueur d'onde d'un rayonnement permettant de faire passer un électron de la bande de valence à la bande de conduction.
A quels rayonnements les panneaux photovoltaïques en silicium sont-ils sensibles ?
Exercice n°3 : étude de l'atome de mercure…en route vers les calculs
Les énergies des niveaux vacants de l'atome de mercure sont :
-10,38eV -5,74 ev -5,52 eV -4,95 eV -3,71 eV -2,68 eV -2,48 eV -1,57 eV -1,56 eV
représenter ces niveaux sur un diagramme d'énergie (1ev 1cm)
calculer les énergies des photons émis correspondant aux transitions suivantes :
95
94
64
63
calculer les longueurs d'onde associées aux transitions
dessiner l'allure du spectre attendu aux vus des résultats précédents (aucune notion de couleur des raies n'est demandé). Comment est appelé un tel spectre ?
Un photon d'énergie 4,71 eV arrive sur un atome de mercure au repos, est-il absorbé? Pourquoi ?
Un photon d'énergie 5,43 eV arrive sur un atome de mercure au repos, est-il absorbé ?
Exercice n°4 : molécules colorées
Le bleu de méthylène est une substance colorante utilisée comme encre pour marquer les viandes ou comme traceur pour repérer l’écoulement de fluides. Il est vendu dans le commerce sous forme de solution aqueuse homogène.
E  n milieu oxygéné, sa formule topologique est :
Ecrire la formule semi-développée de cet ion.
S’agit-il d’une substance organique ? Justifier.
Combien de doubles liaisons conjuguées successives présente cet ion (chromophore inclus) ?
En présence de glucose, une réaction se produit et le bleu de méthylène se décolore. Sa formule topologique est alors :
Expliquer la décoloration du bleu de méthylène en présence de glucose à partir de sa formule topologique.
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