QCM N° 07 a

Interactions fondamentales

et réactions nucléaires.

 

   

 

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QCM N° 07 a : Interactions fondamentales et réactions nucléaires.

 Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

 

Énoncé

A

B

C

Réponse

1

La charge de l’électron est :

appelée la charge élémentaire.

nulle.

égale à – e

C

2

La masse d’un neutron est :

du même ordre de grandeur que celle d’un électron.

négligeable par rapport à celle d’un proton.

du même ordre de grandeur que celle d’un proton.

C

3

L’atome de représentation plomb 207

est isotope de l’atome de représentation symbolique plomb208.

est isotope de l’atome de représentation symbolique bismuth207.

contient 125 neutrons.

A et C

4

La représentation symbolique d’un atome de silicium est silicium28. Il contient :

28 nucléons et 14 électrons.

28 nucléons et 14 protons.

28 neutrons et 14 électrons.

A et B

5

À l’échelle de la molécule :

molecule

l’interaction gravitationnelle est prédominante.

l’interaction électromagnétique est prédominante.

l’interaction forte est prédominante.

B

6

L’interaction forte prédomine :

à l’échelle astronomique.

à l’échelle humaine.

à l’échelle du noyau atomique.

C

7

L’interaction gravitationnelle :

a une portée limitée.

est toujours attractive.

prédomine à l’échelle de la Galaxie.

B et C

 

8

Un échantillon a une activité de 480 Bq. Le nombre de noyaux désintégrés en une minute est :

8

2,88 x 104

1,73 x 106

B

9

Les transformations nucléaires obéissent toujours aux lois suivantes :

conservation de la masse.

conservation du nombre de charge et du nombre de masse.

conservation du nombre de protons et du nombre d’électrons.

B

10

Le phosphore 30 (phosphore30) est radioactif β+ (la particule émise est un positon positon ou positron ). Le noyau fils est :

un noyau silicium30

un noyau Phosphore29

un noyau soufre30

A

11

On s’intéresse à la réaction d’équation :

 uranium_helium_thorium

On note

masse Uranium 238 ;

 masse Helium 4 et

masse Thorium 234

L’énergie libérée est donnée par la relation :

 reponse a

reponse b

reponse c

B

 

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer

Essentiel.

    Structure des atomes :

-    Un atome est une entité constituée d’un noyau et d’électrons en mouvement dans le vide autour du noyau.

-    Le noyau :

-    Le noyau est constitué de particules appelées nucléons.

-    Les nucléons sont de deux types : les protons et les neutrons.

-    Caractéristiques du proton :

-    Masse : mp = 1,67265 x 1027 kg

-    Charge : + e = 1,602189 x 1019 C

-    C est le symbole du coulomb unité de charge électrique

-    Caractéristiques du neutron :   

-    Masse : mn = 1,67496 x 1027 kg

-    Charge : nulle

-    Remarque : e représente la charge élémentaire (la plus petite charge connue).

-    Toute charge électrique Q s’exprime en un nombre entier de charges élémentaires : Q = n . e

-    La masse du neutron est voisine de celle du proton : mp ≈  mn

-    Caractéristiques de l’électron : 

-    Masse : me = 9,10953 x 1031 kg 

-    Charge : - e = - 1,602189 x 10– 19 C       

-    Mouvement des électrons autour du noyau :

-    Les électrons d’un atome se déplacent à grande vitesse et à grande distance autour du noyau. Ils n’ont pas de trajectoire bien définie. C’est pour cela que l’on parle de nuage électronique. On peut délimiter une région de l’espace autour du noyau ou la probabilité de trouver l’électron est maximale.

-    La masse du proton est environ 1846 fois celle de l’électron.

 

Caractéristiques du proton

Caractéristiques du neutron

Caractéristiques de l’électron

Masse : mp = 1,67265 x 1027 kg

Charge : + e = 1,602189 x 10 19 C

Masse : mn = 1,67496 x 1027 kg

Charge : nulle

Masse : me = 9,10953 x 1031 kg 

Charge : - e = - 1,602189 x 10– 19 C

La masse d’un atome est essentiellement concentrée sur son noyau

La masse du proton est voisine de celle du neutron.

La masse du proton est environ 1846 fois celle de l’électron.

La masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons.

    Masse de l’atome.

-    Atome le plus léger : atome d’hydrogène : mH = 1,67 x 1027 kg

-    L’un des plus lourd : atome d’uranium : mU = 3,95 x 1025 kg

-    Il est environ 240 fois plus lourd.

-    La masse d’un atome est essentiellement concentrée sur son noyau car la masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons :

-    mp1846 me

-    La masse d’un atome de nombre de masse A : mAtomeA . mH

    Écriture symbolique :

-    Les atomes sont représentés par des symboles :

-    En général, la première lettre du nom écrite en majuscule.

-    On rajoute parfois une deuxième lettre écrite en minuscule pour éviter les confusions.

-    On trouve les symboles de tous les atomes dans la classification périodique que l’on étudiera plus tard.

-    Le symbole du noyau s’obtient à partir du symbole de l’atome correspondant.

-    Exemple : Symbole de l’atome d’hydrogène : H, symbole du noyau :

-    Nombre de protons : 1                Nombre de neutrons : 1         Nombre d’électrons : 1

-   Formule générage du noyau d'un atome :

-    A : nom de masse, nombre de nucléons

-    Z : nombre de charges, nombre de protons

-    AZ : nombre de neutrons.

    Les isotopes.

-    Des atomes sont isotopes si leurs noyaux possèdent le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons.

    Les interactions :

-    La force gravitationnelle.

Deux corps ponctuels A et B de masses respectives mA et mB exercent l’un sur l’autre des forces d’attraction, directement opposées, dirigées suivant la droite (AB), de valeur proportionnelle aux masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance r.

-    Schéma :

 

-    Expression vectorielle :

-     

-    G est la constante de gravitation Universelle :constante gravitation universelle.

-    Interaction Gravitationnelle :

-    Cette interaction est toujours attractive.

-    Elle agit entre particules ayant une masse.

-    Sa portée est infinie, mais sa valeur diminue quand la distance augmente.

-    À l’échelle Astronomique, elle est prédominante devant les autres interactions.

-    Elle explique la cohésion des édifices astronomiques.

-    La force électrostatique.

Dans le vide, deux particules A et B, portant les charges électriques respectives q A et q B, séparées par la distance r sont soumises à deux forces directement opposées :
-     
-    Expression :

 

-    Premier cas : on considère que : qA . qB > 0

 

-    Deuxième cas : on considère que : qA . qB < 0

 

 

-    Étude de l’expression :

-     : vecteur unitaire : direction droite (AB) et sens de A vers B.

-    k : constante

-    : distance séparant les deux charges électriques en mètre m.

-    F : force électrique en newton N.

-    Interaction électromagnétique :

-    L’interaction électromagnétique peut être répulsive ou attractive.

-    Elle agit entre particules portant une charge électrique.

-    Sa portée est infinie, mais sa valeur diminue quand la distance augmente.

-    Elle prédomine de l’échelle atomique et  à l’échelle humaine.

-    Elle explique la cohésion de l’atome.

-    L’interaction forte.

-    Quelle est l’interaction qui assure la cohésion du noyau ? L’interaction électrique peut-elle expliquer la cohésion du noyau d’un atome ?

-    Un noyau est constitué de protons et de neutrons. Or les protons sont chargés positivement et se repoussent. Le noyau devrait exploser.

-    À l’échelle nucléaire prédomine une autre interaction fondamentale, appelée interaction forte.

-    Cette interaction attractive entre les nucléons est 100 à 1000 fois plus grande que l’interaction électrique.

-    Son action est limitée à l’échelle du noyau : elle est de l’ordre du femtomètre.

-    L’interaction forte est mise en jeu dans les réactions nucléaires qui produisent de l’énergie dans les étoiles et les centrales nucléaires.

-    L’énergie libérée par les réactions nucléaires est nettement plus importantes que celle libérée par les réactions chimiques.

-    Les Émissions Radioactives.

-    Une source radioactive peut émettre :

-    Des particules

-    Un rayonnement γ.

-    Les particules émises sont de trois types : les particules α, β+et β.

-    Les particules α (alpha).

-    Ce sont des particules positives, des noyaux d’hélium dont l’écriture symbolique : particule alpha, ion He2+.

-    Les particules β (bêta).

-    On distingue :

-    Les particules β qui sont des électrons : beta moins

-    Masse : m e = 9,1 x 10 – 31 kg

-    Charge : - e = – 1,6 x 10 – 19 C.

-    Les particules β+qui sont des positons (antiparticule de l’électron) : positon ou positron

-    Masse : m e = 9,1 x 10 – 31 kg

-    Charge : e = 1,6 x 10 – 19 C.

    La fission de noyaux lourds.

-    La réaction de fission est une réaction nucléaire provoquée.

-    Au cours d’une fission nucléaire, un neutron lent (neutron thermique) brise un noyau lourd fissile en deux noyaux légers.

-    Cette réaction libère de l’énergie.

    La fusion de noyaux légers.

-    Au cours d’une fusion nucléaire, deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau lourd.

-    C’est une réaction nucléaire provoquée qui libère de l’énergie.

-    Des particules et un rayonnement électromagnétique γ sont émis.

    Les Lois de conservation : Loi de Soddy.

-    Toutes les réactions nucléaires vérifient les lois de conservation suivantes :

-    Conservation de la charge électrique.

-    Conservation du nombre total de nucléons.

-    Conservation de la quantité de mouvement.

-    Conservation de l’énergie.

 reaction nucleaire

-    Lois de Soddy :

-    Conservation du nombre de nucléons : A = A’ + a

-    Conservation de la charge globale : Z = Z’ + z

    Désintégration β+ :

-    Le phosphore 30, phosphore30 est radioactif β+ .

-     emission beta + du phosphore 30

-    En utilisant les lois de Soddy :

-    A = 30 et Z = 14

-    Le noyau fils : silicium30: Noyau de silicium 30.

    Activité d’un échantillon radioactif :

-    L’activité A d’un échantillon radioactif à la date t est le nombre de désintégrations par seconde de cet échantillon.

-    1 Bq = 1 désintégration par seconde.

-    480 Bq = 480 × 60 désintégrations par minute.

    Énergie libérée lors d’une réaction nucléaire :

-    Une réaction nucléaire s’accompagne toujours d’une diminution de la masse du système

-    Δm = mfmi  <  0

-    Défaut de masse :

-    Lors d’une réaction nucléaire, la masse des produits obtenus est inférieure à la masse des réactifs.

-    La masse manquante est appelée : perte de masse : on la note |Δm|

-    Elle a pour expression :

-    |Δm| = |m (produits)m (réactifs)|

-    La perte de masse |Δm| s’exprime en kilogramme (kg)

-    Énergie libérée :

-    Au cours de la réaction, le système cède de l’énergie au milieu extérieur.

-    L’énergie libérée par le système a pour expression :

-     Energie liberee par une réaction nucleaire