Chap. N° 21 Transmission et stockage de l'information. Exercices. Terminale S, 2012

 

Chap. N° 21

Transmission et

stockage de

l'information.

Exercices.

 

   

 

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1)- Exercice 11 page 553 : Évaluer l’affaiblissement d’un signal.

2)- Exercice 13 page 554 : Calculer un débit binaire.

3)- Exercice 18 page 554 : Connaître le principe de la lecture

des disques réinscriptible.

4)- Exercice 20 page 554 : à chacun son rythme.

5)- Exercice 21 page 555 : Principe de la lecture optique.

6)- Exercice 26 page 556 : Stockage sur un DVD.

Fibre optique (animation CabriJava).

Modulation d'amplitude

Lumière et Couleurs (mettre l’énoncé du sujet bac sur CD)

Propriétés des ondes. Exercices

Modéle ondulatoire de la lumière. Exercices

Etude de la diffraction (TP)

Modéle ondulatoire de la lumière (QCM)

Interférences

 

QCM réalisé avec le logiciel Questy
Pour s'auto-évaluer
QCM sous forme de tableau 1
QCM sous forme de tableau 2

 

1)- Exercice 11 page 553 : Évaluer l’affaiblissement d’un signal.

 

Pour les télécommunications à longue distance, on utilise une radiation de longueur d’onde dans le vide égale à λ = 1,55 μm se propageant dans une fibre optique.

Le coefficient d’atténuation linéique α vaut 2,0 x 10–4 dB . m–1.

Quel est le rapport rapport Pe / Psdes puissances d’entrée et de sortie pour une fibre optique de 32 km de longueur ?

 

Rapport rapport Pe / Ps des puissances d’entrée et de sortie pour une fibre optique de 32 km de longueur :

-    L’atténuation A (ou affaiblissement) du signal est donnée par la relation :

-     atténuation A

-    L’atténuation A s’exprime en décibel (dB).

-    L’atténuation A d’un signal, le long d’un câble ou d’une fibre optique, dépend notamment de la longueur L du câble ou de la fibre optique.

-    Le coefficient α atténuation linéique est défini par :

-     coefficient d'atténuation linéique

-    Le coefficient α d’atténuation linéique s’exprime en dB . m–1.

-     

-    Application numérique :

-     

 

2)- Exercice 13 page 554 : Calculer un débit binaire.

 

Le signal suivant est codé par un 0 en l’absence de tension électrique et par un 1 pour une tension positive.

 graphe

1)- Quel est le nombre binaire codé sur cette figure ?

2)- Quelle est la durée de transmission de ce signal numérique si le débit binaire est de 1 Mibit . s–1 ?

Rappel : 1 Mibit = 220 bits

 

1)- Nombre binaire codé sur cette figure :

 nombre binaire : 0101101001

-    0101101001 (nombre binaire composé de 10 chiffres : 10 bits)

2)- Durée de transmission de ce signal numérique si le débit binaire est de 1 Mibit . s–1 

-    Si l’information comporte n bits pendant une durée Δt, le débit binaire D est défini par la relation suivante :

-     9,5 microseconde

 

3)- Exercice 18 page 554 : Connaître le principe de la lecture des disques réinscriptible.

 

La surface d’un disque DVD-RW réinscriptible est constituée d’un composé polycristallin déposé sur une couche réfléchissante.

Le laser utilisé lors de l’enregistrement fonctionne à deux niveaux différents de puissance :

-    Un niveau élevé qui permet de chauffer le composé polycristallin pour le rendre opaque :

-    Un niveau faible qui le chauffe légèrement et permet de la rendre transparent.

Lors de la lecture, quand le faisceau laser rencontre une partie opaque, il est absorbé, sinon il est réfléchi.

1)- Quel est l’intérêt d’un disque réinscriptible ?

2)- Quel est le principe de l’écriture sur un disque réinscriptible ?

3)- Sur quels principes physiques repose la lecture d’un DVD-RW réinscriptible ?

 

1)- Intérêt d’un disque réinscriptible :

-    Les disques réinscriptibles sont réutilisables.

-    Les données ne sont pas inscrites de façon irréversible sur un disque réinscriptible.

-    On peut effacer les anciennes données pour les remplacer par de nouvelles données.

2)- Principe de l’écriture sur un disque réinscriptible :

-    On chauffe le composé polycristallin pour rendre opaque certaines zones du disque à coder.

3)- Principes physiques utilisés pour la lecture d’un DVD-RW réinscriptible :

-    La lecture des DVD réinscriptibles repose sur le phénomène d’absorption (zones opaques) et la réflexion (zones transparentes).

 

4)- Exercice 20 page 554 : à chacun son rythme.

 fibre optique

Une fibre optique à saut d’indice est constituée d’un cœur cylindrique transparent d’indice n1 entouré d’une gaine transparente d’indice n2 et d’une protection opaque.

Un faisceau laser modélisé sur le schéma par le rayon rouge pénètre dans le cœur de la fibre avec un angle d’incidence i.

L’indice de réfraction de l’air est n = 1,00

Données : Pour la radiation rouge considérée, n1 = 1,50 et n2 = 1,49.

1)- On note r l’angle de réfraction à l’intérieur de la fibre et i’ l’angle d’incidence avec lequel le rayon lumineux atteint la surface séparant le cœur de la gaine.

Rappeler la loi de Snell-Descartes lors de la réfraction du rayon entre l’air et le cœur de la fibre.

2)-  

a)-  Reproduire le schéma et faire apparaître la marche du rayon réfracté, ainsi que les angles r et i’.

b)-  Quelle est la relation entre i’ et r ?

c)-  Calculer l’angle d’incidence limite de la surface séparant le cœur et la gaine.

3)- En déduire un encadrement de l’angle i pour que le rayon lumineux se propage dans la fibre.

 

1)- Loi de Snell-Descartes lors de la réfraction du rayon entre l’air et le cœur de la fibre.

-    Schéma :

 schéma

-    Loi de Snell-Descartes : n sin i = n1 sin r

2)-  

a)-  Schéma faisant apparaître la marche du rayon réfracté, ainsi que les angles r et i’.

-    Schéma :

 

-    Valeurs des différents angles :

-    i = 60 °

-     r = 35 °

-    i’ ≈ 90 ° – 35 ° = 55 °

b)-  Relation entre i’ et r ;

-    i’ = 90 ° – r

c)-  Angle d’incidence limite de la surface séparant le cœur et la gaine.

 réfraction 2

-    Loi de Snell-Descartes : n1 sin i’ = n2 sin r’

-    Lorsque l’angle de réflexion prend sa valeur limite ilim, la valeur de l’angle de réfraction vaut 90 °.

-    n1 sin ilim = n2

-     i'lim = 83,4 °

3)- Encadrement de l’angle i pour que le rayon lumineux se propage dans la fibre :

-    On obtenir une réflexion totale entre le cœur et la gaine, il faut que la condition suivante soit remplie :

-    i’ ≥ ilim

-    Comme : i’ = 90 ° – r

-    90 ° – r ilim

-    90 ° – ilim r

-    r ≤ 6,6 °

-    Enfin :

-    Comme : n sin i = n1 sin r

-     

-     i < 9,9 °

 schéma

i

r

i

9,9 °

6,6 °

83,4 °

 

5)- Exercice 21 page 555 : Principe de la lecture optique.

 

On s’intéresse à la lecture d’un disque gravé industriellement.

 schéma

1)-  

a)-  Exprimer la différence de marche δ entre le faisceau réfléchi par un creux et celui réfléchi par la surface du disque en fonction de la longueur d’onde λ de la lumière laser.

b)-  Quel type d’interférences obtient-on ?

2)- Dans quel cas l’intensité lumineuse captée par le lecteur optique augmente-t-elle ?

 

1)-  

a)-  Différence de marche δ entre le faisceau réfléchi par un creux et celui réfléchi par la surface du disque en fonction de la longueur d’onde λ de la lumière laser.

-    Schéma :

 Schéma

-    Différence des distances parcourues par les rayons de type 1 et 2.

-    Distance parcourue par les rayons de type1 : e1 = 2 e’.

-    Distance parcourue par les rayons de type2 : e2 = 2 e’ + 2 e.

-    Différence de distance : d = : e2e1 = 2 e

-    Différence de marche : δ = 2 e

-    Avec

-    On tire :

b)-  Type d’interférences

-    Comme , les deux ondes lumineuses arrivent en opposition de phase et elles annulent leurs effets.

-    La différence de marche satisfait la relation suivante :

-   différence de marche.

-    On est dans les cas ou k = 0.

-    L’interférence est destructive.

2)- Intensité lumineuse captée par le lecteur optique :

-    Pour que l’intensité lumineuse captée par le lecteur optique soit maximale, il faut les deux rayons lumineux arrivent en phase et ajoutent leurs effets :

-    L’interférence doit être constructive :

-    Dans ce cas :

-    δ = k . λ

-    δ = 2 n . e = k . λ

-    L’intensité lumineuse du faisceau augmente lorsque l’on passe d’un creux à un plat.

 

6)- Exercice 26 page 556 : Stockage sur un DVD.

 

On détermine la largeur a séparant deux lignes consécutives d’un DVD en éclairant par un laser et en exploitant la figure d’interférences observées

On obtient ainsi : a = (0,74 ± 0,05) μm

La plage de données du DVD est comprise entre R1 = (2,25 ± 0,05) cm et R2 = (5,90 ± 0,05) cm.

Sa capacité de stockage indiquée par le constructeur est de 4,38 Gio.

 DVD

1)- Calculer la surface S contenant des données. Évaluer l’incertitude sur S à partir de l’expression :

-     

2)- Longueur de la piste :

a)-  Calculer la longueur L de la piste sur laquelle sont inscrits les creux et les plats.

b)-  Estimer l’incertitude U (L) associée sachant que :

-     

3)- Évaluer la longueur de piste utilisée pour le codage d’un bit.

Données : 1 Gio = 230 octets ; 1 octet = 8 bits.

 

1)- Surface S contenant des données et évaluation de l’incertitude sur S :

-     

-    Évaluation de l’incertitude :

-     

-     

2)- Longueur de la piste :

a)-  Longueur L de la piste sur laquelle sont inscrits les creux et les plats.

-     

b)-  Incertitude U (L) associée :

-     

-     

3)- Longueur de piste utilisée pour le codage d’un bit.

-    Nombre de bits : N = 4,38 x 230 x 8

-     

Données : 1 Gio = 230 octets ; 1 octet = 8 bits.