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Le laser.
Le
schéma ci-dessous donne le principe du laser à rubis : le rubis est un
cristal d’alumine dans lequel sont insérés des ions chrome.
Données : E3 - E1= 2,26 eV ; E3 - E2 = 0,55 eV ; h = 6,63.10-34 J.s ; 1 eV = 1,60.10-19 J ;
2,26 x 1,6 = 3,6 ; 6,63 x 3 ~ 20 ; 1,71 x 1,6 = 2,8.
a) Le laser émet des photons par absorption stimulée. ( Faux ).
Emission stimulée : un atome dans un
état excité peut se désexciter vers le niveau n sous l'effet d'une onde
électromagnétique, qui sera alors amplifiée.
b) Le pompage optique fait passer les électrons du niveau d’énergie E1 au niveau d’énergie E3. ( Vrai ).
La transition de pompage optique.
Transition non radiative ( désexcitation
rapide vers le niveau 2 ). Le niveau 2 doit être capable de stocker les atomes
: l'émission spontanée doit y être peu
probable.
Emission stimulée 
c) Un photon d’énergie E3 - E2 peut induire un rayonnement Laser. ( Faux ).
Un photon d’énergie E2 - E1 peut induire un rayonnement Laser.
d) Le photon excitateur et le photon émis par la stimulation ont une longueur d’onde λ entre 700 nm et 720 nm. (Vrai).
Longueur d'onde du photon permettant le pompage optique :
hc / (E3 - E1) = 6,63.10-34 *3,0 108 / (2,26*1,6 10-19)
=6,63*3 / (2,26*1,6) 10-7 ~ 20 / 3,6 10-7 ~5,6 10-7 ~560 nm.
Longueur d'onde du photon émis et du photon excitateur :
hc / (E2 - E1) = 6,63.10-34 *3,0 108 / ((2,26-0,55)*1,6 10-19)
=6,63*3 / (1,71*1,6) 10-7 ~ 20 / 2,8 10-7 ~7,1 10-7 ~710 nm
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Isolation thermique.
Le
mur extérieur d’une maison est constitué de briques. Il est sans
ouverture. L’aire de sa surface S = 60 m² et son épaisseur e = 20 cm.
Données : La résistance thermique est RTH = e / (λS) ; le prix du kWh est de 0,10 euro ;
la conductivité thermique en (W.m-1.K-1) : λbrique = 0,67 ; 6,7 x 6,0 = 40
a) La résistance thermique RTH s’exprime en W.K-1. ( Faux ).
e s'exprime en mètre, S en m2. RTH s'exprime en m / (W m-1 K-1m2) soit en W-1 K.
b) Le flux thermique est une énergie thermique. ( Faux ).
Le flux thermique correspond à un transfert d'énergie. Ce flux s'exprime en J s-1, c'est à, dire en W, unité d'une puissance.
c) Quand la température extérieure est de 0°C et celle à l’intérieur est constante à 20°C alors la valeur du flux thermique Φ1 = 4,0 103 S.I. ( Vrai ).
RTH = e / (λS) = 0,20 / (0,67 *60) =0,20 / 40 = 5,0 10-3 K W-1.
Φ1 =Dq / RTH= 20 / (5,0 10-3) =4,0 103 W.
A l’aide d’une isolation au polystyrène adaptée, le flux passe alors à Φ2 = 1,0.103 S.I.
d) L’économie sur une journée dans les mêmes conditions de température est de 72 euros. ( Faux )
Energie économisée en 24 heures : puissance ( kW) * durée (h) = 3 *24 = 72 kWh.
Economie : 72*0,10 = 7,2 €.
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Onde de matière.
Un atome de sodium de masse m= 4,0.10-23 g a une vitesse de valeur V1 =600 m.s-1.
Données : h = 6,63.10-34 J.s.
a) L’énergie cinétique de l’atome Ec= 7,2.10-21 J. ( Vrai ).
½mv12 =0,5 *4,0.10-26 *(6 102)2 = 2*36 10-22 = 7,2.10-21 J.
b) Le phénomène de diffraction d’atomes caractérise le phénomène corpusculaire de la matière. ( Faux ).
La diffraction est propre aux ondes ( caractère ondulatoire de la matière.
c) L’observation de la diffraction de ces atomes sur un objet est
possible quand la longueur d’onde de De Broglie λ est du même ordre de
grandeur que la dimension de l’objet. ( Vrai ).
Quand la longueur d'onde de la lumière qui arrive sur l'objet et du même ordre de grandeur que la dimension de l'objet.
d) Si l’onde de matière associée à un atome de sodium a une longueur d’onde λ ~ 1,5. 10-5 m alors la vitesse de l’atome v2 ~ 1,0 cm.s-1. ( Faux ).
l = h /(mv) ; v = h / (m l) = 6,63.10-34/ (4,0.10-26 *1,5. 10-5 ) =6,63 / 6 10-3 ~1,0 10-3 m/s =1,0 mm s-1.
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