DM Interaction lumière, photon

[Sophie 1ereS]

Bonjour ! J'ai un DM pour la rentrée sur le photon mais je ne comprend pas très bien les exercices, j'ai essayer de les résoudres, voici les énonces et mes réponses. Est-ce que vous pourriez m'aider ?

Exercice 1 :

Un objet de masse m soulevé de la hauteur h au-dessus du sol libère, en tombant, une énergie E=mgz
g désigne l'intensité de la pesanteur: g=9,8 N/kg

1)Calculer en utilisant les unités du SI, l'énergie libérée par la chute d'un grain de sable de masse m=10µg tombant d'une hauteur h=1,0mm.

J'utilise la formule donnée: E = m x g x h avec E en (J), m en (kg), g en (N.kg-1) et h en (m)

Je réalise les conversions :

1,0mm = 10-3m

10µg = 10-8kg

Je fais l'application numérique:
E= 10-8 x 10-3 x 9,81
E= 9,81.10-11J

2)Combien de photons d'une radiation de lumière visible, de longueur d'onde dans le vide =500nm, faudrait-il pour transporter la même énergie?

λ= 500 nm = 500.10-9m

J'utilise ma formule de cours pour calcule l'énergie de cette longueur d'onde :
E= h x ( c / λ )

la résolution :

1 photon → 3,98.10-19 J
y photons → 9,81.10-11J

y= (1 x 9,81.10-11) / 3,98.10-19
y= 246482412
y= 2,46.10E8 photons.

Je ne comprend pas très bien ce que j'ai fait, c'est un cammarade qui m'a expliquer....

Exercice 2:

On estime que pour que la rétine produise un influx nerveux reçu par le cerveau, elle doit recevoir au moins 9 photons en moins de 100 ms pour une radiation de 510nm. Calculer l'énergie minimum que doit recevoir l'oeil dans ces conditions sachant que 10% des photons reçus parviennent jusqu'à la rétine. Quelle est la puissance de ce transfert d'énergie?

j'ai appliquer la formule ( E= h*C/λ ) et je trouve que l'énergie d'un photon qui a pour longueur d'onde 510nm vaut 3.9E-19 J
Et comme l'oeil doit recevoir au moins 9 photons je multiplie 2.43 par 9, 2.43*9 = 21.87 eV...

E=3.898*10^-19 J pour 1 photon et comme 10% des photons reçus parviennent jusqu'à la rétine et qu'elle doit recevoir au moins 9 photons en moins de 100 ms pour une radiation de 510 nm la puissance reçue par l'oeil doit être
90*E=P*t ==>P=90*E/t=90*3.898*10^(-19)/(100*10^(-3) J/s= 3,51*10^(-16) W
pour que la rétine produise un influx nerveux reçu par le cerveau.

Je n'est rien compris de cette réponse c'est cette fois-ci ma soeur qui à fait l'exercice.

Exercice 3:
La grande nébuleuse d'Orion comporte quatre étoiles très chaudes qui émettent un rayonnement riche en ultraviolets au sein d'un nuage de gaz interstellaire constitué en majorité d'atomes d'hydrogène.
Le diagramme présente les deux premiers niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. Ici, le niveau d'énergie 0 est celui pour lequel l'électron devient indépendant du noyau. Avec cette origine, les énergies de l'atome sont négatives. Lorsque le noyau et les électrons sont séparés, c'est à dire lorsque l'atome est ionisé, les énergies sont positives et elles ne sont pas quantifiées.

a) Pour quelle raison le rayonnement de ces quatre étoiles est-il riche en ultraviolets ?

Par ce que les énergies sont négatives ?

b) Quelle est l'énergie minimale d'un photon susceptible d'ioniser un atome initialement dans son état fondamental ?

Je n'ai pas compris la question.

c) Quelle est la longueur d'onde de la raditation correspondante ? Dans quel domaine des ondes lumineuses se situe-t-elle ?

J'ai besoin de la question b) pour répondre...

d) Un atome d'hydrogène dans l'état fondamental peut-il être excité par une radiation de longueur d'onde ' = 110 nm.

Un atome ionisé c'est un atome excité ou non ?
Si c'est le cas la réponse est oui car 110 nm ce sont les ultraviolets, mais si ce n'est pas le cas la réponse est non vu que les énergies sont positives.

e) Sous l'effet du rayonnement UV reçu, le gaz de la nébuleuse est partiellement ionisé. Les électrons se recombinent avec des noyaux d'hydrogène pour former des atomes excités qui se désexcitent progressivement avec émission de photo. Quelle est la longueur d'onde de la raditation émise lors de la transition des atomes d'hydrogène du niveau 3 au niveau 2.

- 3.40 - (-1.51) = -3.40 + 1.51 = -1.89

La longueur d'onde de la radiation est de 189 nm."

Je ne suis pas du tout sûre de mes réponses.


Merci d'avance !

[SoS(38)]

Bonjour,

Ex 1 :

1/ Je suis d'accord
2/ Vous calculez l'énergie E pour un photon de longueur d'onde λ = 500 nm avec la formule E= h x ( c / λ ). Vous regardez combien il faut de photons pour arriver à la même énergie qu' à la question 1 en effectuant le quotient de l'énergie trouvée au 1/ par l'énergie du photon trouvée au 2/.


Ex 2 :

D'accord pour le calcul d'énergie pour un photon. Il faut ensuite multiplier par 9 car il y a 9 photons et encore par 10 car seulement 10% des photons arrivent à la rétine. Il faut donc 9x10 = 90 fois l'énergie du photon. Vous devez déduire E.Pas besoin de passer en eV, il faut rester en J.

Ensuite , il faut effectivement calculer P=E/t.

Vous devez retrouvez le résultat obtenu en W qui est juste.


Ex 3

a/ Effectuez des calculs. A partir des énergies E en eV, vous devez pouvoir trouver des longueurs d'onde correspondant au domaine UV.

b/ Voyez quelle est la plus petite énergie nécessaire pour passer de l'état fondamental à un état ionisé; voir dans le sujet ce que veut dire ionisé.

c/ se déduit effectivement de b/

d/ excité ne veut pas dire ionisé; les états excités sont ceux du schéma, négatifs, au dessus du fondamental.

e/ Attention, le schéma compare des énergies en eV, pas des longueurs d'onde.


Bon courage

[so4]

Exercice 1:

2/ E=(9.8 x 10^-11)/(3.978 x 10^-19)
=2.46 x 10^8

Exercice 2:

Je doit faire quel que chose de plus à cet exercice ?

Exercice 3:

Je continu à rien comprendre....

[SoS(38)]

Bonjour,

Ex 2 : Il faut juste revoir l'étape intermédiaire qui ne répondait pas vraiment à la question. Le résultat final était bon.

Ex 3: Il faut impérativement reprendre votre cours:

revoir quel est l'état fondamental, ce qu'est un état excité, ionisé.

savoir utiliser la formule de l'énergie pour retrouver la longueur d'onde, vue dans l'exercice 1

savoir convertir des Joules (J) en électrons-Volt (eV)

[Sophie 1ereS]

Ex 2:

Je ne sais pas quelle est l'étape intermédiaire.

Ex3:

Je vait relire à nouveau mon cours, est essayer de répondre toute seule aux questions.

[SoS(38)]

Bonsoir Sophie,

Pour l'exercice 2, je vous disais simplement que votre résolution ne répondait pas exactement à la question demandée. Il fallait :
- trouver l'énergie nécessaire dans un premier temps
- trouver la puissance dans un deuxième temps

[Sophie 1ereS]

Est comment je fais sa ?

[SoS(38)]

Sophie,

Revoyez le premier message, la méthode est détaille pour Ex 2.

[Sophie 1ereS]

Bon soir

Ex 2:

6.63*10E-34*3.00*10E8/510*10E-9= 3.9*10E-19J

ensuite je multiplie par 90 et j'obtient 3.51*10E-17W

[SoS(38)]

Bonsoir Sophie,

Très bien. Vous voyez que vous y êtes arrivée. Maintenant que vous avez l'énergie , il faut utiliser la formule P = E/t et vous allez retrouver votre valeur de puissance;

[Sophie 1ereS]

Merci, mai je ne comorend pas pourquoi j'obtient des W.

je n'est pas vu la formule P=E/t, vous pouvez m'esxpliquer ?


merci d'avance

[SoS(38)]

Plus un appareil a de puissance, plus il peut délivrer d'énergie E pendant un temps donné t , ce que montre la formule P=E/t.

Ex : un appareil délivre 10 J d'énergie en 5s , sa puissance est P = 10/5 = 2W

un appareil délivre la même énergie de 10 J en 1s, sa puissance est P 10/1 = 10 W

Vous allez ainsi retrouver la puissance que vous aviez obtenue en divisant l'énergie E trouvée par t=100 ms

[Sophie 1ereS]

P=3.9*10E-197/100*10E-3=3.51E-16W

Donc le résultat que j'ai obtenue de 3.51E-17 est en Joules pas en Watts...

[SoS(38)]

Oui, E est en J et P en W

[Sophie 1ereS]

ok, mon résultat de la puissance est juste ?