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I. Mécanisme de la fusion de l’hydrogène dans une étoile  On se propose de com

I. Mécanisme de la fusion de l’hydrogène dans une étoile  On se propose de commenter un extrait d'article du dossier hors série de la revue « Pour la science » de janvier 2001. « ...La phase de fusion (ou combustion) de l'hydrogène est la plus longue de la vie des étoiles. Si la masse stellaire est comparable ou inférieure à celle du Soleil, la température centrale est inférieure à une vingtaine de millions de degrés. Dans ces conditions, la fusion de deux noyaux d'hydrogène (ou protons) produit un noyau de Deutérium qui capture un autre proton et forme un noyau d'Hélium 3 ... Finalement, deux noyaux d'Hélium 3 fusionnent en un noyau d'Hélium 4 ...L'ensemble de ces réactions constitue la première des chaînes proton - proton ou chaîne p- p, la plus importante dans le cas du Soleil ...».  NB : les 3 parties de l'exercice sont indépendantes et peuvent donc être traitées indépendamment les unes des autres.  Les valeurs numériques ont été volontairement simplifiées, afin de permettre la réalisation des calculs sans faire usage de la calculatrice. 1. Quelques considérations de vocabulaire 1.1. Donner les définitions des expressions « fusion nucléaire » et « fission nucléaire ». 1.2. En considérant les charges des noyaux en cause dans le mécanisme de fusion, expliquer pourquoi ces réactions ne peuvent se produire qu'à très haute température (  2.107 °C). On parle alors de fusion thermonucléaire... 2. Etude de la chaîne de réactions  Notations utilisées pour les noyaux concernés : Hydrogène (ou proton) : 1 1H (ou 1 1p) ; Deutérium : 2 1 H ; Hélium 3 : 3 2 He ; Hélium 4 : 4 2 He 2.1. Écrire la réaction de fusion de deux noyaux d'hydrogène en un noyau de deutérium et une particule que l'on notera sous la forme A Z X .Comment s'appelle cette particule ? 2.2. Écrire la réaction de fusion d'un noyau de deutérium et d'un proton en un noyau d'hélium 3. Cette fusion s'accompagne de l'émission d'un photon  (rayonnement ). Comment peut-on interpréter cette émission ? 2.3. Écrire la réaction de fusion de deux noyaux d'hélium 3 en un noyau d'hélium 4. Cette fusion s'accompagne de l'émission de deux autres noyaux identiques. Lesquels ? 3. Considérations énergétiques. Le soleil « maigrit-il » ?  On considère désormais la réaction suivante : 4 1 1H  4 2 He + 2 0 1 e  On donne les masses des noyaux, en unité de masse atomique : 1 1H : 1,0073 u ; 4 2 He : 4,0026 u ; 0 1 e: 0,0006 u ; 1 u correspond à une énergie d’environ 1000 MeV 3.1. Calculer, en unité de masse atomique, la perte de masse correspondant à cette fusion. 3.2. En déduire une estimation, en MeV/nucléon, de la valeur de l'énergie libérée par nucléon lors de cette fusion. On choisira, parmi les estimations suivantes, la réponse correcte : 0,6 MeV/nucléon ; 6 MeV/nucléon ; 60 MeV/nucléon 3.3. Le soleil transforme, chaque seconde, 720 millions de tonnes d'hydrogène en hélium 4. Estimer la perte de masse subie, chaque seconde, par le soleil. On choisira, parmi les estimations suivantes, la réponse correcte : 4 500 tonnes ; 45 000 tonnes ; 450 000 tonnes ; 4 500 000 tonnes ; 45 000 000 tonnes NB : On pourra remarquer que le rapport 0,0254/4,0292 est très peu différent de 1/160. II. Sonde thermique  On peut constituer une sonde thermique à l’aide d’un dipôle (R,C) série. On réalise le circuit suivant :  Le condensateur a une capacité C = 1,0 F  Le conducteur ohmique est une thermistance : la valeur R de sa résistance dépend de la température. On le place dans une enceinte dont la température interne est notée .  Un système d’acquisition permet d’enregistrer l’évolution au cours du temps de la tension uC aux bornes du condensateur.  Aide mathématique : 0,63 × 4,0 = 2,5 0,37 × 4,0 = 1,5 e0 = 1 lim x  - (ex) = 0 1. Étalonnage de la sonde  Protocole expérimental  On souhaite tracer la courbe de l’évolution de la valeur de la résistance de la thermistance en fonction de la température. On réalise le protocole suivant :  Le condensateur est initialement déchargé et les interrupteurs K1 et K2 sont ouverts. À t = 0, on ferme K1 et on enregistre l’évolution de la tension uC jusqu’à la fin de la charge du condensateur. Ensuite, on ouvre K1 et on ferme K2 : le condensateur se décharge complètement. On ouvre enfin K2.  On modifie la température de l’enceinte et on recommence le protocole précédent. On opère pour plusieurs valeurs de température et on obtient le graphique de la feuille réponse :  A l’aide des résultats expérimentaux, étudions la charge du condensateur. 1.1. Établir la relation entre la tension E aux bornes du générateur, la tension uR aux bornes du conducteur ohmique et la tension uC aux bornes du condensateur. 1.2. Déterminer l’équation différentielle vérifiée par la tension uC pendant la phase de charge. 1.3. La solution analytique de cette équation est de la forme : uC = A + B ) /(RC t e 1.3.1 En tenant compte des conditions finales de la charge, déterminer A. 1.3.2 En tenant compte des conditions initiales de la charge, déterminer B. 1.3.3 Déduire l’expression de uC. 1.4. On donne l’expression de la constante de temps du dipôle (R, C) :  = RC. 1.4.1 Vérifier par analyse dimensionnelle l’homogénéité de cette formule. 1.4.2 Déterminer la valeur 1 de la constante de temps, relative à la température 1 = 20°C, à partir du graphique de la feuille réponse. Expliquer la méthode employée. 1.4.3 En déduire la valeur R1 de la résistance correspondante. 1.4.4 Procéder de la même manière pour les autres températures et compléter le tableau de la feuille réponse à rendre avec la copie. + – E = 4,0 V K1 Enceinte à la température  Système d'acquisition uR R uC K2 C III. Etude d’une transformation chimique  Au cours d’une séance de travaux pratiques, un professeur propose à ses élèves de déterminer la valeur du taux d’avancement final d’une transformation en effectuant une mesure pH-métrique. 1. Solution de départ  Une solution commerciale, notée S0, d’un acide AH porte les indications suivantes :  Pour la suite, et tant qu’il n’aura pas été identifié, l’acide contenu dans la bouteille sera noté AH et sa base conjuguée A. 1.1. Donner la définition d’une espèce acide au sens de Brönsted. 1.2. Quelles précautions doit-on prendre pour manipuler ce produit ? 2. Accès à la valeur du taux d’avancement final par une mesure pH-métrique  Dans une fiole jaugée de volume V = 200,0 mL, partiellement remplie d’eau distillée, le professeur verse avec précaution 1,00 mL de la solution S0 d’acide AH, puis il complète jusqu’au trait de jauge. La solution obtenue est notée S1 et a pour concentration C1 = 5,0  10-2 mol.L-1. 2.1. Déterminer la valeur de C0, concentration molaire en soluté apporté de la solution commerciale S0. 2.2. Pourquoi le professeur remplit-il partiellement d’eau distillée la fiole jaugée avant de verser l’acide ? 2.3. Compléter la ligne 1 du tableau d’avancement donné sur la feuille réponse en écrivant l’équation de la réaction acido-basique entre l’acide AH et l’eau. 2.4. On note x l’avancement de la réaction. Compléter les lignes 2, 3, 4 et 5 du tableau d’avancement donné sur la feuille réponse en fonction de C1, V, x, xmax ou xF. 2.5. Déterminer la valeur de l’avancement maximal de la réaction noté xmax en considérant la transformation comme totale.  Les élèves, après avoir étalonné un pH-mètre, mesurent le pH de la solution S1 : ils obtiennent pH = 3,0. 2.6. Quelle est la valeur de la concentration finale en ions oxonium [H3O+]F ? En déduire la valeur de l’avancement final de la réaction noté xF. 2.7. La transformation associée à la réaction de l’acide AH sur l’eau est-elle totale ou limitée ? Justifier. 2.8. Donner la définition du taux d’avancement final d’une transformation chimique. 2.9. Calculer la valeur du taux d’avancement final 1, de la transformation associée à la réaction de l’acide AH sur l’eau.  Sur leur énoncé de TP, les élèves ont à leur disposition quelques valeurs du taux d’avancement final de la réaction d’un acide sur l’eau pour des solutions de même concentration C1. Acide contenu dans la solution Valeur du taux d’avancement final Acide méthanoïque HCOOH 7,2 % Acide éthanoïque CH3COOH 2,3 % Acide propanoïque CH3CH2COOH 1,8 % 2.10. Peut-on identifier l’acide contenu dans la solution S0 ? Justifier votre réponse. Acide AH C0 > 5 mol.L1 FEUILLE ANNEXE II. Sonde thermique Température  (°C) 1 = 20 30 40 50 60 Constante de temps  (ms) 1 = Résistance R (k) R1 = III. Etude d’une transformation chimique 1 équation-bilan 2 Etat initial x = 0 3 en cours x 4 Etat final x = xF 5 Etat maximal uploads/Finance/ serie-d-x27-exercices-n08-avec-correction-sciences-physiques-revision-bac-sciences-exp-2019-2020-mr-amine-touati-pdf 1 .pdf