2015 :

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Catégorie : Exercices du BAC

 

Face aux besoins sans cesse croissants en énergie électrique, les énergies renouvelables comme l’énergie solaire constituent une alternative très intéressante. De nos jours, à partir de la lumière du Soleil, des panneaux solaires produisent de l’électricité en utilisant l’effet photoélectrique, phénomène mis en évidence par Hertz en 1887. La maîtrise des réactions de fusion analogues à celles qui se produisent naturellement dans le Soleil et les étoiles est le grand défi du siècle pour résoudre les problèmes d’énergie.

 

5.1 Définir l’effet photoélectrique. (0,25 pt)

 

5.2 Pour étudier le phénomène en laboratoire, un expérimentateur utilise une lame de métal de fréquence seuil . (0,25 pt)

 

5.2.1 Définir la fréquence seuil. (0,25 pt)

 

5.2.2 Lorsque le métal choisi est éclairé avec une lumière de fréquence , l’énergie
cinétique maximale des électrons est = 1,3 eV. Quand on utilise une lumière de fréquence  l’énergie cinétique maximale des électrons est .

 

a) Définir le travail d’extraction de l’électron pour un métal donné. (0,25 pt)

 

b) Donner la relation qui existe entre la fréquence  de la lumière incidente, l’énergie cinétique maximale des électrons et le travail d’extraction . (0,25 pt)

 

c) En déduire la valeur du travail d’extraction du métal utilisé et celle de sa fréquence seuil. (0,5 pt)

 

5.3 Des réactions de fusion nucléaire se produisent en permanence dans le cœur des étoiles. C’est ainsi que le Soleil rayonne de l’énergie dans l’espace, éclaire et chauffe la Terre. Actuellement, les scientifiques tentent de reproduire et de contrôler sur Terre ce type de réactions à partir du deutérium naturel et abondant et du tritium

 

Dans un laboratoire, on provoque la réaction de fusion d’équation :

 

5.3.1. Définir la réaction de fusion nucléaire. (0,25 pt)

 

5.3.2. Identifier la particule émise au cours de la réaction et préciser son nom. (0,5 pt

 

5.3.3 On s’intéresse à l’énergie libérée par cette réaction de fusion nucléaire.

 

a) Calculer, en MeV puis en joule, l’énergie libérée lors de la formation d’un noyau d’hélium. (0,5 pt)

 

b) En déduire l’énergie libérée lors de la formation de 1 kg d’hélium. Quelle serait la masse de pétrole qui fournirait la même quantité d’énergie ? Conclure. (0,75 pt)

 

c) Sachant que 2,5% de l’énergie libérée lors de la formation d’un noyau d’hélium se transforme en rayonnement électromagnétique  et le reste en une autre forme d’énergie W

- préciser la forme de l’énergie W. (0,25 pt)

- déterminer la valeur de la fréquence du rayonnement émis. (0,5 pt )

 

Données

Célérité de la lumière dans le vide : ; constante de Planck :

 

charge élémentaire ; 1 eV = J

 

Masses des noyaux :

 

Unité de masse atomique : 1 u = kg =

 

Pouvoir calorifique du pétrole :  ;

 

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