Points d`intérêt - Université du Québec à Rimouski

obS. 8 lumières colorées – évaluation
Classe :
Note :
Nom :
/20 appréciation:
Première partie : couleurs
Exercice n°1 :
De quelle couleur est le faisceau obtenu en superposant devant un spot de
lumière blanche deux filtres : magenta et jaune.
noir
rouge
bleu
blanc
De quelle couleur est le faisceau obtenu en superposant devant un spot de
lumière blanche deux filtres : bleu et jaune ?
blanc
vert
noir
cyan
De quelle couleur est le faisceau obtenu en superposant devant un spot de
lumière blanche deux filtres : rouge et bleu ?
magenta
rouge
vert
noir
Lorsqu’on éclaire un écran avec un spot cyan et un spot rouge de la même
intensité, l’écran apparaît…
noir
blanc
magenta
jaune
orange
vert
noir
rouge
On éclaire un objet jaune avec un spot de couleur magenta. L’objet
apparaît…
Pour que le cerveau réalise la
synthèse additive de deux lumières
colorées, il faut que…
les deux sources
soient à la même
distance de l’œil.
les deux sources soient suffisamment
éloignées pour que l’œil ne puisse pas
les distinguer.
les deux sources
colorées aient la même
intensité lumineuse.
Exercice n°2 : Le dessin ci-dessous est éclairé en lumière verte. Que voit-on ? (Justifiez).
La partie cyan diffuse le bleu et le vert et absorbe le rouge.
La partie jaune diffuse le rouge et le vert absorbe le bleu.
La partie rouge diffuse le rouge et absorbe le vert et le bleu.
Si j’éclaire avec une lumière verte :
 Sur la partie cyan : le vert est diffusé : ça apparaît vert.
 Sur la partie jaune : le vert est diffusé : ça apparaît vert.
 Sur la partie rouge : le vert est absorbé : ça apparaît noir.
Conclusion : c’est écrit noir sur fond vert et l’étoile n’apparaît plus.
Deuxième partie : chimie
Exercice n°1 : exploitation de courbes
1. Qui sont les réactifs et les produits de la
réaction ? (Justifiez) : Les réactifs sont I2(aq) et
HO-(aq) car leurs quantités diminuent à mesure que
l’avancement augmente (donc que la réaction se
fait).
HO-(aq)
I-(aq)
I2 (aq)
H2O(l)
IO5-(aq)
Les produits sont I-(aq), H2O(l) et HO5-(aq) car leurs
quantités augmentent à mesure que l’avancement
augmente (donc que la réaction se fait).
2. Indiquez les quantités de matière initiales des
réactifs : Le début de la réaction correspond à x =
0 mol. On lit alors sur l’axe vertical :
Pour I2(aq) : 7,5 mol
Pour HO-(aq) : 12 mol
3. Quel est le réactif limitant ? quel est
l’avancement maximal ? (Justifiez) Le réactif
limitant est celui qui vient à disparaître (0 mol) en
premier.
 I2(aq) disparaît pour x = 2,5 mol.
 HO-(aq) disparaît pour x = 2 mol.
Donc le réactif limitant est HO-(aq) et xmax = 2 mol.
1. Indiquez les quantités de matière des produits à la fin de la réaction :
La fin de la réaction correspond à x = 2 mol. On lit alors :
Pour I-(aq) : 10 mol
Pour H2O(l) : 6 mol
Pour HO5-(aq) : 2 mol
2. Ecrire les équations des droites représentées sur le graphe :
Pour I2(aq) : équation du type : n = ax + b
avec n = 7,5 mol pour x = 0 mol et n = 0 mol pour x = 2,5 mol
On en déduit :
7,5 = 0 + b  b = 7,5 mol
0 = 2,5 a + b = 2,5 a + 7,5  a = -7,5 /2,5 = -3 (sans unité)
Ainsi, on aura une équation du type : n = 7,5 - 3 x.
Pour HO-(aq): équation du type : n = ax + b
avec n = 2,5 mol pour x = 0 mol
On en déduit :
12 = 0 + b  b = 12 mol
0 = 2a + b = 2 a + 12  a = -12/2 = -6 (sans unité)
Ainsi, on aura une équation du type : n = 12 – 6x.
Pour I-(aq) : équation du type : n = ax
avec n = 10 mol pour x = 2 mol
On en déduit : 10 = 2a  a = 10/2 = 5 (sans unité)
Ainsi, on aura une équation du type : n = 5x.
Pour H2O(l) : équation du type : n = ax
avec n = 6 mol pour x = 2 mol
On en déduit : 6 = 2a  a = 6/2 = 3 (sans unité)
Ainsi, on aura une équation du type : n = 3x.
Pour HO5-(aq): équation du type : n = ax
avec n = 2 mol pour x = 2 mol
On en déduit : 2= 2a  a = 2/2 = 1 (sans unité)
Ainsi, on aura une équation du type : n = x.
3. En déduire l’équation de la réaction :
3 I2(aq) + 6 HO-(aq)  5 I-(aq) + 3 H2O(l) + HO5-(aq)
Exercice n°2 : à la recherche d’une formule brute
On considère une espèce chimique gazeuse constituée des éléments carbone, hydrogène et azote.
Sa formule brute sera donc notée CAHBNC avec A, B et C trois nombres entiers.
On réalise la réaction de combustion de cette espèce chimique en présence de dioxygène O2(g).
A partir d’un système initial composé de 200 L de cette espèce et de dioxygène en excès, la réaction
aboutit à un état final composé de 400 L de dioxyde de carbone CO2(g), 700 L d’eau H2O(g) et de 100 L
de diazote N2(g). Tous ces volumes sont mesurés dans les mêmes conditions de température et de
pression de sorte que le volume molaire est Vm = 50 mol.L-1.
1. Calculer les quantités de matières correspondant aux volumes de gaz mesurés :
Quantité de matière de l’espèce CAHBNC au début de la réaction : n1 =
=
= 4 mol.
Quantité de matière de l’espèce CAHBNC en fin de réaction : n2 =
=
= 8 mol.
Quantité de matière de l’espèce CAHBNC en fin la réaction : n3 =
=
= 14 mol.
Quantité de matière de l’espèce CAHBNC en fin la réaction : n4 =
=
= 2 mol.
2. Ecrire l’équation de combustion en exprimant les coefficients stœchiométriques
fonction de X, Y et Z :
2 CAHBNC (g) +
en fonction en
O2 (g)  2A CO2 (g) + B H2O(g) + C N2
En tout (4A + B) atomes d’oxygène
4 CAHBNC (g) + (4A + B) O2 (g)  4A CO2 (g) + 2B H2O(g) + 2C N2
3. Compléter le tableau d’avancement de la réaction en fonction de A, B et C :
Equation de la réaction : 4 CAHBNC(g) + (4A + B) O2 (g)  4A CO2 (g) + 2B H2O(g) + 2C N2
Etat du système
Avancement
(mol)
Quantités de matières en mol
Début
0
4
En excès
0
0
0
En cours
x
4 – 4x
En excès
4Ax
2Bx
2Cx
xmax
0
En excès
4A xmax
2B xmax
2C xmax
Fin
4. Que vaut l’avancement maximal (justifiez) : CAHBNC(g) est le réactif limitant puisqu’on nous dit que
l’oxygène est en excès. Donc c’est lui qui vient à manquer en premier donc 4 – 4 xmax = 0  xmax = 1 mol.
5. En déduire la formule brute de l’espèce chimique étudiée :
On en déduit en exprimant les valeurs des quantités de matière finales :
4A xmax = 4A × 1 = 8  A = 8/4 = 2
2B xmax = 2B × 1 = 17  B = 14/2 = 7
2C xmax = 2C × 1 = 2  C = 2/2 = 1
Ainsi, CAHBNC(g) correspond à C2H7N (g).
Troisième partie :
Document n°1 :
Toute matière dont la température est supérieure au zéro absolu rayonne. Lorsque la température devient inférieure
à environ 500 degrés, il n'y a quasiment plus d'émission de lumière visible. C'est le cas du corps des mammifères
qui sont donc invisibles, à nos yeux, dans l'obscurité totale.
Cependant, certains serpents comme les Crotales, boas et pythons parviennent tout de même à capturer leurs
proies dans l'obscurité totale. La nuit, les petits mammifères émettent un rayonnement thermique plus intense que
celui du sol, car leur température est plus élevée.
Grâce à leurs fossettes loréales, situées entre les yeux et les narines, les crotales détectent le rayonnement thermique
émis par leurs proies. Les parois de ces cavités creuses sont tapissées de cellules sensibles au réchauffement
provoqué par l'absorption de rayonnement infrarouge. Leur sensibilité maximale est adaptée à un rayonnement
d'une longueur d'onde voisine de 10 micromètres correspondant au maximum d'émission de proies dont la
température est environ 30 degrés.
Ce principe est utilisé notamment dans les caméras à visions thermique. Il a toutefois ses limites. La première
provient du rayonnement thermique émis par l'environnement proche du détecteur. Si celui-ci est trop important,
le signal émis par la source est noyé dans un bruit de fond indésirable. Pour pallier cet inconvénient, les
astronomes, par exemple, sont contraints de refroidir leurs détecteurs à infrarouges dans de l'azote liquide pour
réduire leur rayonnement thermique propre et améliorer la sensibilité de leurs mesures.
D’après futura sciences.
Document n°2 :
Vision thermique en fausses couleurs
d’un rongeur.
Vision thermique en fausses couleurs : serpent
(animal à sang froid) autour d'un bras
Document n°3 :
nerf optique
moëlle épinière
branche du nerf
trijumeau
encéphale
narine
fossette
loréale
Vers 1950, des chercheurs de Los Angeles enregistrent, à l'aide d'un oscilloscope, les messages circulant sur une
fibre nerveuse de la branche du nerf trijumeau rattachée à une des fossettes loréales d'un Crotale. Les
enregistrements ci-dessous sont obtenus en présentant devant l'animal quatre objets respectivement froid (1), tiède
(2), chaud (3), et très chaud (4).
durée de présentation de
l’objet (10 millisecondes)
D’après Bac SVT 1988
1. Justifiez la phrase du document 1 : « Toute matière dont la température est supérieure au zéro absolu
rayonne » : Ceci correspond à la loi de Wien qui précise la relation qui existe entre la température d’un corps et
son spectre d’émission. Le spectre continu du rayonnement thermique émis par un corps à la température T, a
une intensité maximale pour la longueur d’onde max qui est donnée par la relation :
(m)
max =
(K)
T est donc exprimée en K : T =  + 273 où T est en Kelvins et  en degrés Celsius.
Dès que  > 273°C, T > 0°C et max existe. Donc le rayonnement représenté par max existe.
2. Justifiez la phrase du document 1 : « Lorsque la température devient inférieure à environ 500 degrés, il n'y a
quasiment plus d'émission de lumière visible » :
Plaçons-nous autour de 500°C. Alors T = 500 + 273 = 773 K.
D’après la loi de Wien, max =
= 2,90.10-3/ 773  3,75.10-6 m. C’est très étrange ! On doit être dans
les I.R. ! Alors pourquoi le journal affirme-t-il qu’à partir de 500°C les corps chauffés à cette température
commencent à devenir lumineux, c’est-à-dire rayonne dans le visible, c’est-à-dire avec des longueurs d’ondes
inférieures à 800 nm ? Alors où est le problème ?
Rappelons ce que signifie la loi de Wien : max correspond au maximum d’intensité lumineuse. Mais nous
savons que les corps chauffés émettent un spectre continu ! Lorsque la température T augmente, max diminue et
commence à s’approcher de la limite de 800 nm.
Même si elle n’atteint pas cette limite, une partie du
rayonnement émis par le corps chaud va peut-être
déborder dans le visible. A mesure que la température
augmente, le spectre s’étend de plus en plus dans le
visible, même si max n’a pas encore dépassé la limite de
800°C.
Avant cette limite de 500°C, aucune partie du spectre
continu ne doit atteindre la partie visible. Donc
l’affirmation du journal est cohérente.
3. Justifiez et démontrer la phrase du document 1 « Leur sensibilité maximale est adaptée à un rayonnement
d'une longueur d'onde voisine de 10 micromètres correspondant au maximum d'émission de proies dont la
température est environ 30 degrés » :
Plaçons-nous à 30°C. Alors T = 30 + 273 = 303 K.
D’après la loi de Wien, max =
= 2,90.10-3/ 303  9,57.10-6 m  10.10-6 m = 10 m.
4. Décrire très succinctement comment fonctionne physiologiquement la vision thermique du serpent :
La nuit, les petits mammifères émettent un rayonnement thermique plus intense que celui du sol, car leur
température est plus élevée. Grâce à leurs fossettes loréales, situées entre les yeux et les narines, les crotales
détectent le rayonnement thermique émis par leurs proies. Les parois de ces cavités creuses sont tapissées de
cellules sensibles au réchauffement provoqué par l'absorption de rayonnement infrarouge (Doc.1).
D’après le Doc. 3, on voit que si on fait passer une source de chaleur devant un crotale, même 10 ms, cela suffit
à ce que l’information soit détectée et acheminée via le nerf trijumeau vers le cerveau.
5. Expliquez l’expression du document 2 « Vision thermique en fausses couleurs »: ……………………………………
Nos yeux d’humains ne captent pas l’I.R., donc pour qu’on puisse le visualiser, il faut qu’un capteur dédié le
fasse à notre place et traduise ces I.R. en couleurs (ondes électromagnétiques de longueurs forcément différentes
des ondes réellement captées) visualisables par nos yeux.
6. Pourquoi la vision thermique n’est utilisée par les serpents que la nuit ?
Doc. 1 : Si le rayonnement thermique émis par l'environnement proche du détecteur est trop important, le
signal émis par la source sera noyé dans un bruit de fond indésirable. Le détecteur doit être plus froid que la
source.
 La nuit, les petits mammifères émettent un rayonnement thermique plus intense que celui du sol, car
leur température est plus élevée.
 Les serpents sont des animaux à sang froid à sang (Doc. 3). La nuit, leur température diminue avec la
température extérieure et donc ils ne sont pas trop gênés par leur propre rayonnement.
7. Citez au moins trois domaines dans lesquels on utilise la vision thermique (utilisez les documents et
votre culture personnelle) : La défense (voir sans être vu), les bilans thermiques des habitations (repérer les
fuites de chaleur), la médecine (repérer les zones inflammatoires), l’astronomie (détecter à distance la
température des étoiles…), météosat (détecter à distance la température de la mer ou des océans…)

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