64 [ mustapha erreghyouy ]

الرغيوي مصطفى
إنجاز أنصح به 2

Exercices corrigés : Noyaux Masse et énergie

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie deuxième bac biof sciences physiques Option Français Section internationale

Exercice 1 : L’essentiel du cours - Noyaux masse et énergie .

Considérons la réaction nucléaire d’équation suivante :

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

1. Définir le défaut de masse et l’énergie de liaison El pour un noyau Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof.

2.Donner les expressions du bilan d’énergie   ΔE , associé à cette réaction nucléaire  (deux expressions !).

3. Application : on considère l’équation de fission suivante : (fission d’un noyau d’Uranium).

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

a.       Calculer le défaut de masse Δm qui accompagne cette transformation.

b.       Un noyau d’Uranium 235 libère une énergie de valeur 174,46 MeV. montrer cette valeur.

c.       Calculer l’énergie libérée par gramme d’Uranium 235.

Données :

1u=1,66054x10-27kg et 1u=931,5MeV/c2

Noyau

235U

140Cs       

 93Rb       

1n       

Masse en (u)

234,99346

139,88711

92,90174

1,00866 


Solution exercice 1: noyaux masse et énergie.

1. l’énergie de liaison d’un noyau Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof  est donnée par l’expression :

 E= (Zmp+(A-Z)mn-m(Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof )).c2

  Le terme Δm= Zmp+(A-Z)mn-m(Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof) représente le défaut de masse.

2. Expressions de l’énergie associée à une transformation nucléaire :

Première expression en fonction de l’énergie de liaison des noyaux :

     ΔE = El(X1)+El(X2)-( El(X3)+El(X4))

La deuxième expression en fonction des masses des produits et des réactifs :

      ΔE=(m(X3)+ m(X4)-( m(X1) + m(X2))).c2

3.Application:

a. le défaut de masse est Δm= m( 140Cs )+m( 93Rb)+3 .m(1n )-(m( 235U )+ m( 1n ) )

Application numérique : Δm=139,88711+92,90174+3. 1,00866 – (234,99346+ 1,00866 )

    donc    Δm  = -0,1873u

                        En Kg : Δm= -0,1873. 1,66054x10-27= -3,11 x10-28Kg

b. d’après la question 2 : ΔE= Δm.c2

 application numérique : ΔE= -0,1873 . (931,5MeV/c2).c2

d’où  | ΔE |=174,46 MeV

c. un seul noyau d’uranium produit alors une énergie ΔE.Cherchons alors ΔEt l’énergie produite par fission de N noyau contenu dans un gramme m=1g d’Uranium 235 .

on a Correction Transformations nucléaires 2 bac biof ce qui donne : Correction Transformations nucléaires 2 bac biof

D’autre part le terme Correction Transformations nucléaires 2 bac biof est la mase atomique de l’Uranium m( 235U ).

L’ énergie ΔEt= (m/ m( 235U )).   ΔE

Application numérique Solution Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

 soit donc:   |ΔEt| =4,47.1023 MeV

l'énergie de fission par gramme d'Uranium En joule :     |ΔEt| =4,47.1023 .1,6.10-13=7,151010J

Exercice 2 : réaction de fusion nucléaire - Noyaux masse et énergie .

On considère l’équation de fusion suivante : 

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

1.Calculer le défaut de masse qui accompagne cette transformation.

2. Cette réaction libère une énergie de |ΔE2|=17,6 MeV, trouver cette valeur.

3.Tracer le diagramme d’énergie de la transformation.

4. Le nombre de nucléons mis en jeu dans cette réaction est 5 (2+3), Calculer l’énergie libérée par nucléon e2.

5 .dans l’application de l’exercice 1,le nombre de nucléons intervenant dans l’équation de fission est 236 alors que l’énergie libérée et de |ΔE1|= 174,46 MeV .

a.       Calculer l’énergie libérée par nucléons lors de la réaction de fission e1.

b.       Calculer le rapport : r=  e2/ e1.Commenter !

Données :1u=931,5MeV/c2

Noyau

2H

3H

4H

1n

Masse en (u)

2,01355

3,01550

4,00150

1,00866

Exercice 3 : énergie de liaison et stabilité des noyaux - Noyaux Masse et énergie .

On considère l’isotope d’hydrogène Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof Le Tritium.

1-      Calculer le défaut de masse de cet isotope.

2-      En déduire l’énergie de liaison du noyau.

3-      Trouver son énergie de liaison par rapport à un nucléon.

Données : mp=100727u ;mn=1,00867u ; 1u=931,5MeV/c2  et m(3H)=3,0165u

Exercice 4 : Découverte de la radioactivité artificielle  - Noyaux Masse et énergie .

En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie ont synthétisé du phosphore 30 ( Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof) en bombardant de l'aluminium 27 avec des particules alpha α. L’équation de désintégration est : 

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

1.Qu'appelle-t-on particule alpha α?

Le phosphore 30 se désintègre par émission bêta en silicium 30, un isotope stable.

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

2.Ecrire lois de conservation qui régissent les réactions et préciser la nature des particules produites X et p.

3.La stabilité du phosphore 30.                                    

a.       Donner la définition de l’énergie de liaison El d’un noyau.

b.       Exprimer et Calculer, en Kg, le défaut de masse Δm d’un noyau phosphore.

c.       Exprimer puis calculer l’énergie de liaison de ce noyau en joule puis en MeV. En déduire l’énergie de liaison par nucléon.

d.       Comparer cette valeur à celle de l’énergie de liaison par nucléon du phosphore 31. Conclure.

Données :

unité de masse atomique 1u=1,66054x10-27kg

un électronvolt : 1 eV = 1,602 18 × 10-19 J

m( proton) = 1,00728 u ; m( neutron) = 1,00866 u ; m (électron) = 5,5×10-4 u

masses des noyaux de différents atomes :

m( Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof  ) = 29,970 06 u ; m ( Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof   ) = 31,965 68 u

 Energie de liaison par nucléon du phosphore 31 : El /A = 8,48 MeV/nucléon

- Extrait de la classification périodique des éléments :

11Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

 

Exercice 5 : Energie libérée par fission de l’uranium 235 U - Noyaux Masse et énergie .

De nombreuses fissions de l'uranium 235 U sont susceptibles de se produire dans le cœur de la centrale nucléaire ; une des réactions possibles conduit à du strontium 95 Sr et du xénon 139 Xe comme l'indique l'équation ci - dessous :

Exercices : Transformations nucléaires noyaux masse et énergie 2 bac biof

1 .Trouver la valeur de x .

2 . Calculer la variation de masse Δm  qui accompagne la fission d’un noyau d’uranium 235U . En déduire, en MeV , l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235U .

3. Calculer, en joule, l'énergie Q libérée par la fission d'une masse m =1, 0g d'uranium 235U . Commenter.

On donne :

1u=1,66054x10-27kg et 1u=931,5MeV/c2 .avec c étant la vitesse de la lumière dans le vide.

1eV =1, 6.10-19J

Particule

235U

140 Xe  

 95  Sr    

1n       

Masse en (u)

235,120

138,955

94,945

1,009

Voir aussi  la 1er série d'exercices : Transformations nucléaire 2 bac biof  

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Exercices corrigés : Noyaux Masse et énergie
تعليقات
الرغيوي مصطفى

2019-11-18 22:09:09

الرغيوي مصطفى

Eléments du programme physique deuxième bac biof sciences physiques Option Français Section internationale: Transformations nucléaires

Noyaux masse et énergie.

- Equivalence ''masse-énergie'': Défaut de masse - Energie de liaison

- Unités - Energie de liaison par nucléon- Equivalence '' masse-énergie''

- Courbe d’Aston.

-. Fission et fusion: Exploitation de la courbe d’Aston pour

déterminer les domaines de la fission et de la fusion.

- Bilan de masse et d’énergie d’une transformation nucléaire.

Exemples pour les radioactivités α, β+ et β- et pour la fission et la fusion.

- Utilisations de l'énergie nucléaire.