Séance de tutorat n°3(UE3)

Question1 Quelle est la réponse exacte : L’énergie d’une onde électromagnétique de nombre d’onde 1500 cm(-1) correspond à : 2.9×10^(-20) J 2.9×10^(-20) eV 1.31×10^(-28) J 1.31×10^(-28) eV Autre réponse

Question1 Réponse A Quelle est la réponse exacte : L’énergie d’une onde électromagnétique de nombre d’onde 1500 cm(-1) correspond à : 2.9×10^(-20) J 2.9×10^(-20) eV 1.31×10^(-28) J 1.31×10^(-28) eV Autre réponse

Question1: Formule à utiliser: E=hƲ=hc/λ=hc

Question2 Quelle(s) est (sont) la (les) réponse (s) exacte (s) : Un photon de 40 GHz correspond à une énergie de : 2.65×10^(-23) J 1.66×10^(-4) eV 15.94 J/mol 3.8×10^(-3) kcal/mol Autre réponse NB : 1cal=4,18J

Question2 Réponse ABCD Quelle(s) est (sont) la (les) réponse (s) exacte (s) : Un photon de 40 GHz correspond à une énergie de : 2.65×10^(-23) J 1.66×10^(-4) eV 15.94 J/mol 3.8×10^(-3) kcal/mol Autre réponse NB : 1cal=4,18J

E(J) =hƲ = 6.62×10^(-34) × 40×10^(9) = 2.65×10^(-23) B. E(eV)= E(J)/1.6×10^(-19)=1.66×10^(-4) eV C.E(J/mol)=E(J) × NA=E(J)×6.02×10^(23) = 15.94 J/mol D. E(kcal/mol)=(E(J)/4.18×10^3 )× NA = 3.8×10^(-3) kcal/mol

Question3: Afin de réaliser une expérience RMN, on place un sujet de 65 kg dans un appareil de champ magnétique 2 T. Le champ de radiofréquences permettant de modifier l’orientation des moments magnétiques (B₁) est de 0.6 mT. Quelle(s) est (sont) la (les) réponse(s) exacte(s). La vitesse de précession (=la pulsation) des moments magnétiques des noyaux d’hydrogène autour de B₀ est de 8.5×10^(7) rad/s. La fréquence du courant parcourant la bobine radiofréquence est de 85.106 Hz. La vitesse angulaire du mouvement de rotation des spins autour de B₁ est de 1.6 × 10 ^(3) rad/s. La durée d’impulsion de 90◦ est de 10 ɥs. durée d’impulsion de 180◦ est de 30 ɥs.

Question3: Réponse E Afin de réaliser une expérience RMN, on place un sujet de 65 kg dans un appareil de champ magnétique 2 T. Le champ de radiofréquences permettant de modifier l’orientation des moments magnétiques (B₁) est de 0.6 mT. Quelle(s) est (sont) la (les) réponse(s) exacte(s). La vitesse de précession (=la pulsation) des moments magnétiques des noyaux d’hydrogène autour de B₀ est de 8.5×10^(7) rad/s. La fréquence du courant parcourant la bobine radiofréquence est de 85.106 Hz. La vitesse angulaire du mouvement de rotation des spins autour de B₁ est de 1.6 × 10 ^(3) rad/s. La durée d’impulsion de 90◦ est de 10 ɥs. durée d’impulsion de 180◦ est de 30 ɥs.

Ʋ=γ B₀ et ω=2πƲ=2π γ B₀ = 2π × 42.553×10^(6)×2=5.35×10^(8) rad/s Ʋ=γ B₀ = 42.553 Mhz/T × 2T = 85.10 MHz ω=2πƲ=2π γ B₁= 2π × 42.553×10^(6) × 0.6×10^(-3) = 1.6×10^(5) rad/s t(90)=( π/2)/(2π γ B₁)= 10ɥS t(180)=2×t(90)=20ɥS

Question4: Concernant les ondes électromagnétiques, quelles sont les deux propositions vraies ? Une onde électromagnétique est un système physique composé d’un champ électrique et d’un champ magnétique. La lumière n’est pas une onde électromagnétique. L’énergie transportée par le champ électrique est égale à celle transportée par le champ magnétique. Le champ électrique interagit avec le spin nucléaire. Autre réponse

Question4: Réponse AC Concernant les ondes électromagnétiques, quelles sont les deux propositions vraies ? Une onde électromagnétique est un système physique composé d’un champ électrique et d’un champ magnétique. La lumière n’est pas une onde électromagnétique. L’énergie transportée par le champ électrique est égale à celle transportée par le champ magnétique. Le champ électrique interagit avec le spin nucléaire. Autre réponse

A) Vrai (cours) B) Faux, la lumière est une onde électromagnétique. De plus une OEM déplace à la vitesse de la lumière  C) Vrai mais l’amplitude de E et B diffèrent. D) Faux, le champ électrique interagit avec les électrons et le champ magnétique interagit avec le spin nucléaire.

Question5: Concernant la spectroscope, quelle est la combinaison de réponses fausses ? La spectroscopie est l’étude de l’interaction des OEMs avec les matières Dans les milieux transparents la vitesse de l’OEM est plus élevée que dans le vide Le champ électrique interagit avec les électrons de la matière. L’interaction avec la matière est uniquement caractérisée par la conservation d’énergie.

Question5: 2+4 => Réponse E Concernant la spectroscope, quelle est la combinaison de réponses fausses ? La spectroscopie est l’étude de l’interaction des OEMs avec les matières Dans les milieux transparents la vitesse de l’OEM est plus élevée que dans le vide Le champ électrique interagit avec les électrons de la matière. L’interaction avec la matière est uniquement caractérisée par la conservation d’énergie.

Vrai 2) Faux, elle sera plus faible que dans la vide. 3)Vrai 4) Faux, il y a  conservation d’énergie, de la quantité de mouvement et du moment cinétique.

Question6: Concernant la résonance magnétique nucléaire, quelle(s) est / sont la ou les réponses vraies ? La RMN utilise des rayons X non ionisants Les spins nucléaires ne peuvent être manipulés par les OEMs La RMN est une technique très sensible On utilise une OEM radiofréquence produite par une bobine alimentée par un courant continu Autre réponse.

Question6: RéponseE Concernant la résonance magnétique nucléaire, quelle(s) est / sont la ou les réponses vraies ? La RMN utilise des rayons X non ionisants Les spins nucléaires ne peuvent être manipulés par les OEMs La RMN est une technique très sensible On utilise une OEM radiofréquence produite par une bobine alimentée par un courant continu Autre réponse.

Faux, elle utilise des ondes radiofréquences non ionisantes et de plus faibles énergies que les Rayons X Faux . Faux, elle est peu sensible, il faudra beaucoup de spins à en droit donné pour détecter un signal de RMN Faux, on utilise bien une OEMs radiofréquences produite par une bobine mais celle - ci est alimentée par un courant ALTERNATIF

Question9: Parmi les propositions suivantes, quelles sont les deux propositions vraies ? 12C 6 a un spin nul . Le spin d’un photon vaut ½. 2H a un spin entier 16O est détectable par la RMN. Autre réponse

Question9: Réponse AC Parmi les propositions suivantes, quelles sont les deux propositions vraies ? 12C 6 a un spin nul . Le spin d’un photon vaut ½. 2H a un spin entier 16O est détectable par la RMN. Autre réponse

Vrai, A , Z et N sont pairs. Faux, le spin d’un photon vaut 1 , celui d’un proton ou d’un neutron vaut ½ Vrai, A et pair , Z et N sont impairs. Faux car son spin est nul, il n’est donc pas détectable.

Question10 Parmi les propositions suivantes, quelle(s) est / sont la ou les réponses vraies ? La lumière rouge est plus déviée que la lumière violette Le domaine du visible est de l’ordre de 400 à 800 µm Une source monochromatique peut être constituée de plusieurs longueurs d’onde La lumière blanche est monochromatique Autre réponse

Question10 RéponseE Parmi les propositions suivantes, quelle(s) est / sont la ou les réponses vraies ? La lumière rouge est plus déviée que la lumière violette Le domaine du visible est de l’ordre de 400 à 800 µm Une source monochromatique peut être constituée de plusieurs longueurs d’onde La lumière blanche est monochromatique Autre réponse

Faux , moins déviée car λ plus grande ( voir un prisme ) Faux , 400 à 800 nm Faux , une source monochromatique possède une seule et unique longueur d’onde Faux , elles est polychromatique , c’est le mélange des différentes couleurs ( et donc longueur d’ondes ) qui donnent la lumière blanche

Question11: Une onde électromagnétique de nombre d’onde 20 000 cm -1 Quelles sont les propositions exactes : Donnée : 6,62 x 10-34 S.I Elle possède une fréquence de 6 x10 14 Hz Elle possède une longueur d’onde de 0,5 nm Elle appartient au domaine des UV Elle possède une énergie de 3,972 x 10 -19 J Autre réponse

Question11: Réponse AD Une onde électromagnétique de nombre d’onde 20 000 cm -1 Quelles sont les propositions exactes : Donnée : 6,62 x 10-34 S.I Elle possède une fréquence de 6 x10 14 Hz Elle possède une longueur d’onde de 0,5 nm Elle appartient au domaine des UV Elle possède une énergie de 3,972 x 10 -19 J Autre réponse

A. Vrai , 1 cm-1 = 100 m-1 , donc 20 000 cm-1 = 2 x 106 m-1 λ x f = c => f = c/ λ => f = c x (nombre d’onde ) = 6 x 1014 Hz B. Faux , nombre d’ onde = 1/ λ => λ = (1 / nombre d’onde) = 500 nm C. Faux , appartient au domaine du visible D. Vrai , E= h.c .(nombre d’onde ) = 3,972 x 10-19 J

Question12: Quelle(s) est (sont) la(les) réponse(s) exacte(s) ? Quel est le rapport des rayons de courbure R1/R2. R1 correspondant à la déviation d’un proton de charge q=|e| et de masse mp=m et R2 à celle d’une particule a de charge q=2|e| et de masse ma=4m ayant la même vitesse initiale vi = 2 m/s que le proton. A. 4 B. 2 C. 0,5 D. 0,25 E. Autre réponse

Question12: Réponse C Quelle(s) est (sont) la(les) réponse(s) exacte(s) ? Quel est le rapport des rayons de courbure R1/R2. R1 correspondant à la déviation d’un proton de charge q=|e| et de masse mp=m et R2 à celle d’une particule a de charge q=2|e| et de masse ma=4m ayant la même vitesse initiale vi = 2 m/s que le proton. A. 4 B. 2 C. 0,5 D. 0,25 E. Autre réponse

On sait que R = 𝑚𝑣 𝑞𝐵 Ainsi on a : 𝑅 𝑝 𝑅 𝛼 = 𝑚 𝑝. 𝑣 𝑖 𝑞 𝑝 .𝐵 𝑚 𝛼. 𝑣 𝑖 𝑞 𝛼 .𝐵 = 𝑚 𝑝 𝑞 𝑝 x 𝑞 𝛼 𝑚 𝛼 = 𝑚.2𝑒 𝑒.4𝑚 = 0,5

Question13: Le nombre de spins dans 3cm3 d’eau est de : Donnée M(H2O)=18 g.mol-1 A) 7,5.1022 B) 1.1023 C) 2.1023 D) 6,6.1022 E) Autre réponse

Question13: Réponse C Le nombre de spins dans 3cm3 d’eau est de : Donnée M(H2O)=18 g.mol-1 A) 7,5.1022 B) 1.1023 C) 2.1023 D) 6,6.1022 E) Autre réponse

Pour calculer le nombre de noyaux d’hydrogène : On cherche le nombre de molécule d’eau pour cela on utilise la formule n= 𝑁 𝑁𝑎 avec N le nombre de molécule d’eau. On a 3cm3 d’eau qui fait 3g d’eau, donc n= 𝑚 𝑀 = 3 18 =0,167 mol. (Rappel 1dm3=1kg pour l’eau) Donc N=n×Na=0,167×6.1023=1.1023 , il y’a donc 1.1023 molécules d’eau. Hors dans une molécule d’eau il y’a deux atomes d’hydrogène donc N=2.1023

Question14: Quelles sont les réponses exactes ? En ce qui concerne la polarisation, la loi de Malus donne la fraction libérée après le deuxième polariseur. La vitesse de propagation d’une onde dépend de l’inertie du milieu. Pour les sources monochromatiques, le déphasage entre 2 ondes dépend de l’épaisseur de la lame Le transport d’énergie est, le plus souvent, accompagné d’un transport de matière.   Si les rayons interfèrent de manière constructive, on a une frange claire et les rayons sont en phase et les franges apparaissent brillantes

Question14: 1+2+3+5 => RéponseC Quelles sont les réponses exactes ? En ce qui concerne la polarisation, la loi de Malus donne la fraction libérée après le deuxième polariseur. La vitesse de propagation d’une onde dépend de l’inertie du milieu. Pour les sources monochromatiques, le déphasage entre 2 ondes dépend de l’épaisseur de la lame Le transport d’énergie est, le plus souvent, accompagné d’un transport de matière. Si les rayons interfèrent de manière constructive, on a une frange claire et les rayons sont en phase et les franges apparaissent brillantes

Question15: Quelles sont les réponses inexactes : Lors du passage d’une onde d’un milieu de forte impédance vers un milieu de faible impédance, elle est réfléchie sans changement de signe. Lors du passage d’une onde d’un milieu de faible impédance vers un milieu de forte impédance, elle est réfléchie sans changement de signe. L’onde est transmise intégralement si elle passe d’un milieu de forte impédance vers un milieu de faible impédance. Lors de la réflexion sur un milieu de faible impédance, une onde stationnaire aura un ventre de vibration au niveau de l’interface entre les deux milieux.   1+4 2+4 1+3 2+3

Question15: 2+4 => Réponse B Quelles sont les réponses inexactes : Lors du passage d’une onde d’un milieu de forte impédance vers un milieu de faible impédance, elle est réfléchie sans changement de signe. Lors du passage d’une onde d’un milieu de faible impédance vers un milieu de forte impédance, elle est réfléchie sans changement de signe. L’onde est transmise intégralement si elle passe d’un milieu de forte impédance vers un milieu de faible impédance. Lors de la réflexion sur un milieu de faible impédance, une onde stationnaire aura un ventre de vibration au niveau de l’interface entre les deux milieux. 1+4 2+4 1+3 2+3

Question16: Quelles sont les réponses exactes : Une onde est dite longitudinale si la déformation est perpendiculaire à la perturbation Les ondes sonores sont des ondes transversales Une déformation brève est aussi appelée impulsion Pour une onde longitudinale, si la déformation est toujours dans le même plan on dit qu’elle est polarisée linéairement La surface d’onde est l’ensemble des points du milieu atteints par l’onde au même instant

Question16: 3+5 => Réponse A Quelles sont les réponses exactes : Une onde est dite longitudinale si la déformation est perpendiculaire à la perturbation Les ondes sonores sont des ondes transversales Une déformation brève est aussi appelée impulsion Pour une onde longitudinale, si la déformation est toujours dans le même plan on dit qu’elle est polarisée linéairement La surface d’onde est l’ensemble des points du milieu atteints par l’onde au même instant

Faux , déformation parallèle à la pertubation Faux , ondes longitudinales Vrai , une déformation plus prolongée est appelée « train d’onde » Faux, c’est pour une onde transversale Vrai , définition

Question17 Deux fentes séparées de 4mm sont éclairées par une lumière monochromatique de longueur d’onde 600nm. A quelle distance doit-on placer un écran afin que deux maximas d’interférence successifs soient distants de 2mm ? (arrondi à l’unité ) 2 m 6 m 13 m 17 m Autre réponse

Question17 RéponseC Deux fentes séparées de 4mm sont éclairées par une lumière monochromatique de longueur d’onde 600nm. A quelle distance doit-on placer un écran afin que deux maximas d’interférence successifs soient distants de 2mm ? (arrondi à l’unité ) 2 m 6 m 13 m 17 m Autre réponse

Deux maximas successifs sont séparés par une distance appelée l’interfrange i =( λ.D) / d d = 4mm = 4 x 10-3 m λ = 600nm = 600 x 10-9 m I = 2mm = 2 x 10-3 m D = ? D = ( i.d) / λ = 13 m (arrondi à l’unité

Réponse18: Quelle(s) est/sont la/les proposition(s) fausse(s) ? D’apres le principe d’Huygens , toutes les particules du milieu atteintes par la surface d’onde peuvent être considérées comme des sources d’onde secondaires Dans la diffraction de Fresnel les rayons diffractés sont parrallèles entre eux Dans la diffraction de Fraunhoffer les rayons diffractés sont parrallèles entre eux D’après la loi de Cauchy l’indice de réfraction est inversement proportionnel à la longueur d’onde Quand la longueur d’onde d’une OEM est plus petite que la particule, on parle de Diffusion Rayleigh

Réponse18: Réponse BD Quelle(s) est/sont la/les proposition(s) fausse(s) ? D’apres le principe d’Huygens , toutes les particules du milieu atteintes par la surface d’onde peuvent être considérées comme des sources d’onde secondaires Dans la diffraction de Fresnel les rayons diffractés sont parrallèles entre eux Dans la diffraction de Fraunhoffer les rayons diffractés sont parrallèles entre eux D’après la loi de Cauchy l’indice de réfraction est inversement proportionnel à la longueur d’onde Quand la longueur d’onde d’une OEM est plus petite que la particule, on parle de Diffusion Rayleigh

Vrai , définition du cours Faux , les rayons ne sont pas parallèles et les fronts d’onde non plan ( voir schéma du cours ) Vrai , ils sont parallèles et et les fronts d’onde sont plan ( voir schéma du cours ) Faux , inversement proportionnel à la longueur d’onde au carré Faux, Quand la longueur d’onde d’une OEM est plus petite que la particule, on parle de Diffusion de Mie

Question19: On considère une population de 5 millions de protons, placés dans un champ magnétique de 1,5T à la température du corps humain (37°C). Quelle est l’excès de population à l’état fondamental ? On donne : γ(H)=42,58 MHz.T-1 h=6,62.10-34 J.s-1 k=1,38.10-23J.K-1 𝑒 𝑥 ≈1+𝑥 A.4 B. 8 C. 16 D. 24 E. Autre réponse

Question19: RéponseD On considère une population de 5 millions de protons, placés dans un champ magnétique de 1,5T à la température du corps humain (37°C). Quelle est l’excès de population à l’état fondamental ? On donne : γ(H)=42,58 MHz.T-1 h=6,62.10-34 J.s-1 k=1,38.10-23J.K-1 𝑒 𝑥 ≈1+𝑥 A.4 B. 8 C. 16 D. 24 E. Autre réponse

  𝑛+ 𝑛− = 𝑒 ℎ𝜈 𝑘𝑇 ↔ 𝑛 + = 𝑛 − ×𝑒 ℎ𝜈 𝑘𝑇 𝑂𝑟 : 𝑒 𝑥 ≈1+𝑥 et 𝜈=𝛾 𝐵 0 𝑛+ 𝑛− ≈1+ ℎ𝛾 𝐵 0 𝑘𝑇 ↔ 𝑛 + ≈ 𝑛 − × 1+ ℎ𝛾 𝐵 0 𝑘𝑇 et 𝑛 + + 𝑛 − =5. 10 6 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑠 Donc 𝑛 + + 𝑛 − =5. 10 6 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑠 ↔ 𝑛 − × 1+ ℎ𝛾 𝐵 0 𝑘𝑇 + 𝑛 − =5. 10 6 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑠 ↔ 𝒏 − 𝟐+ 𝒉𝜸 𝑩 𝟎 𝒌𝑻 =𝟓. 𝟏𝟎 𝟔 𝒑𝒓𝒐𝒕𝒐𝒏𝒔 A.N. : 2+ 6,62× 10 −34 ×42,58. 10 6 ×1.5 1,38. 10 −23 × 37+273 =2,000009884 𝑛 − = 5. 10 6 2,000009884 = 2 ′ 499 ′ 987 𝑠𝑝𝑖𝑛𝑠 à 𝑙 ′ é𝑡𝑎𝑡 𝑒𝑥𝑐𝑖𝑡é 𝑛 + =5.106- 2 ′ 499 ′ 987= 2 ′ 500 ′ 012 spins à l’état excité Soit un excès de 24 protons.