[PDF] Exercice I. La bouillote magique (65 points)

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Lycée Pierre Corneille 2014/2015

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BACCALAUREAT BLANC

SESSION février 2015

PHYSIQUE-CHIMIE

Série S

: 3 h 30 COEFFICIENT : 8

EST autorisé

Quelques conseils :

1. Lire la totalité du sujet plusieurs fois

2. Réserver une copie par exercice

3. Soigner la présentation et la rédaction (utiliser le brouillon !)

4. 5.

6. Respecter le nombre de chiffres significatifs

7. Avoir un regard critique sur les résultats (cohérent, vraisemblable)

Bon courage !

Ce sujet comporte 13 pages numérotées, y compris celle-ci. Ne pas oublier de rendre les annexes avec votre copie. Ce sujet comporte trois exercices qui sont indépendants les uns des autres

I- Titr points)

II- Du laser au DVD (9 points)

III- La pile au méthanol en grande croisière (5 points)

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Données

de ascorbique : C6H6O6 / C6H8O6 et C6H8O6 / C6H7O6- pKA (acide ascorbique/ ion ascorbate) = 4,1

à 25°C : Ke = 10-14

M = 176 g.mol-1

Conductivités molaires ioniques à 25°C :

(HO) = 19,8 mS.m2.mol-1 ; (Na+) = 5,01 mS.m2.mol-1 (ion ascorbate A-) = 2,5 mS.m2.mol-1

Indicateurs colorés

Couleur de la forme HInd Zone de virage Couleur de la forme Ind-

Hélianthine rouge 3,1 4,4 jaune

Bleu de bromothymol jaune 6,0 7,6 bleu

Rouge de crésol jaune 7,2 8,8 Rouge

Phénolphtaléine incolore 8,2 10 rose

1.

C6H8O6,

est un acide mais aussi un réducteur. 1.1.

1.2. Ecrire les demi-

2. -métrique.

re un titrage de la vitamine C présente dans un jus CB = 2,0.10-3 mol.L-1. (Les ions Na+ sont spectateurs)

2.1. - est une base forte en solution aqueuse. Déterminer le pH de la solution titrante

cette solution.

2.2. Faire une liste détaillée du matériel nécessaire pour effectuer les prélèvements. Pourquoi ajoute-t-

2.3.

Les mesures de pH réalisées au cours du titrage permettent de tracer la courbe pH = f(VB) jointe en

annexe.

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2.4. En expliquant votre

courbe en annexe avec votre copie !

2.5. Quel indicateur coloré aurait-on pu utiliser pour ce dosage ? Comment aurait-on alors visualisé

3.

Un élève suggère au professeur titrage

ide ascorbique. vitamine C dans une fiole jaugée de 200 mL.

3.1. Déterminer la concentration molaire A e.

3.2. Le professeur A = 50 mL. Parmi les concentrations ci-

titrage conductimétrique : c B = 1,0.10-2 mol.L-1 T CB = 5,0.10-2 mol.L-1 e B = 1,0.10-3 mol.L-1.

3.3. Plusieurs allures de courbes modélisant ce titrage sont proposées ci-dessous. En argumentant,

Courbe 1

Courbe 2

Conductivité

VB en mL

Conductivité

VB en mL

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EXERCICE II : DU LASER AU DVD (9 points)

Saviez-vous que si vous regardez des DVD, naviguez sur le web, scannez les codes barre et si certains

peuvent se passer de leurs lunettes, c'est grâce à l'invention du laser, il y a 50 ans !

Intéressons-nous aux lecteurs CD et DVD qui ont envahi notre quotidien. La nouvelle génération de lecteurs

comporte un laser bleu (le blu-ray) dont la technologie utilise une diode laser fonctionnant à une longueur

d'onde

B = 405 nm dans le vi

et les DVD conventionnels utilisent respectivement des lasers infrarouges et rouges. Les disques Blu-ray

fonctionnent d'une manière similaire à celle des CD et des DVD.

Le laser d'un lecteur blu-ray émet une lumière de longueur d'onde différente de celles des systèmes CD ou

DVD, ce qui permet de stocker plus de données sur un disque de même taille (12 cm de diamètre), la taille

minimale du point sur lequel le laser grave l'information étant limitée par la diffraction.

Pour stocker davantage d'informations sur un disque, les scientifiques travaillent sur la mise au point

d'un laser ultra violet. Figure 1 : caractéristiques des disques CD, DVD et Blu-ray.

Donnée : On prendra ici pour la célérité de la lumière dans le vide et dans l'air : c = 3,00

108 m.s

1.

1ère PARTIE

On veut retrouver expérimentalement la longueur d'onde ȜD de la radiation monochromatique d'un lecteur DVD

en utilisant la diffraction.

On utilise pour cela le montage de la figure 2, a étant le diamètre de la fente placée devant le faisceau laser,

le demi- écart angulaire associé à la tache centrale de la

Lentille

convergente

Coté étiquette Coté étiquette Coté étiquette

0,1 mm

disque laser

700 Mo 4,7 Go 25 Go Capacité de

Stockage en octets

0,6 mm

0,1 mm

Zoom sur la zone

gravée et le spot laser zone gravée zone non gravée

1,2 mm

D

Laser DVD

Figure 2

L Ecran

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1. Expression de

1.1 Etablir la relation entre

, L (largeur de la tache centrale de diffraction) et D (distance entre le fil et l'écran). On supposera suffisamment petit pour considérer tan avec en radian.

1.2 Donner la relation entre

D et a en indiquant l'unité de chaque grandeur.

1.3 En déduire la relation

DL.a 2.D

2. Détermination de la longueur d'onde

D de la radiation d'un laser de lecteur DVD

2.1 On réalise la figure de diffraction obtenue avec un laser " DVD », passant par une fente fine verticale de

largeur a = 170 5 m , sur un écran placé à la distance D = (2,40

0,01) m, on obtient la figure 3 (taille

réelle) ci- dessous .

Figure 3

A partir de cette figure de diffraction, déterminer la largeur de la tache centrale en précisant la méthode

utilisée.

2.2 Calculer la valeur de la longueur d'onde

D de la radiation monochromatique d'un lecteur DVD. U( D) = 222
DD )D(U L )L(U a )a(U

D) en prenant U(L) =

0,5 mm

En déduire un encadrement de la valeur expérimentale de

D. Comparer avec la valeur théorique

Dthéorique = 650 nm donnée par le constructeur.

3. Image de la figure de diffraction

Un élève prend une photographie en couleur de la figure de diffraction. La photographie de cette figure est

xel pour une colonne et pour une largeur.

Elle est codée en 24 bits RVB.

3.2 Déterminer le nombre de couleurs différentes que peut prendre un pixel.

centrale parmi les suivants en justifiant votre réponse : (255 ;255 ;255) (160 ;160 ;160) (255 ;0 ;0) (0,0,150)

2ème PARTIE : stockage optique

Pour augmenter la capacité des disques optiques sans en augmenter la taille, la dimension des creux gravés

informations gravées, il est alors nécessaire de réduire le diamètre d du spot . Voir Figure 4.

Cependant on ne peut pas diminuer indéfiniment le diamèt radiation. Le diamètre d du spot laser sur le disque optique est donnée par la relation d = 1,22 , où NA (nombre sans

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Figure 4

m : 0,40 m

Distance entre les pistes = 0,74

m

Capacité : 4,7 Go

laser :

D = 650 nm

Ouverture numérique : NA = 0,60

1. Capacité de stockage

1.1 Pourquoi faut-il diminuer le diamètre du spot ?

1.2 Sur quels paramètres peut-on jouer pour diminuer le diamètre du spot ? Justifier votre réponse.

Pourquoi les scientifiques travaillent-ils sur la mise au point d'un laser ultra violet ? ligne à la fois.

2. Le système de lecture interférentielle

Le principe de lecture repose sur des interférences entre les différentes parties du faisceau réfléchi qui

convergent sur le capteur. rencontre à la fois le creux et le plat autour (figure 5). Une partie du faisceau est dans le plat. /4. figure 5 0,40 m 0,74 m

Pistes de lecture

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2.2 Le schéma figure 5 permet

2.2.1 Que représentent les sinusoïdes sur le schéma de la figure 5 ?

plat ? Quel est le phénomène qui a lieu lorsque le faisceau laser est sur un plat ou sur un creux ?

Justifier vos réponses.

2.2.3 Une interférence destructive correspond au bit " 1 » et une interférence constructive correspond au bit

" 0 ». Coder le schéma suivant sur nnexe à rendre avec la copie.

3ème PARTIE

compression numérique.

Données :

¾Un signal

¾1ko = 1000 octets, 1 Kio = 210 octets et 1 Gio = 230 octets

Un signal sonore de fréquence f a été stocké sur un support de stockage optique numérique sans

compression.

1.1 Montrer que la condition de Shannon-e du signal

numérique vérifie fe

1. sur la figure 7 ci-dessous. Que représentent les différents pics observés ?

Figure 6

Profil de la piste

vu en coupe

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1.3. Dé

de ce son afin de restituer le timbre du son. 1.4 fréquenc-il utiliser conformément à la condition de Shannon-Nyquist ?

1.5 Les DVD audio est un format utilisé pour la numérisation du son en haute fidélité. La fréquence standard

-il dans les conditions de Shannon-Nyquist ?

2. Stockage du DVD audio

en stéréo, le signal sonore est enregistré deux fois.

2.1 Déterminer le nom

2.2quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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