Noyaux, masse et énergie — Série (Pr Benaich Hichem)

Auteur : Benaich Hichem.

Ce que contient cette série

« Série de physique n° 10 », proposée par Benaich Hichem pour la 2ème Bac Sciences Physiques (Semestre 1) (12 pages). Elle commence par un rappel de cours (équivalence masse-énergie, énergie de liaison et énergie de liaison par nucléon, lois de conservation, radioactivités α, β⁻, β⁺ et désexcitation γ), puis enchaîne des exercices d'examens nationaux, certains accompagnés de réponses numériques (« Rép. Num. »).

Les exercices

Environ 17 exercices, repérés par leur session d'origine : baccalauréats de 1989 à 2010, contrôles et un bac blanc, en « ancien régime » et en « nouveau régime ». On y retrouve notamment :

• Radioactivité artificielle des Joliot-Curie : bombardement de l'aluminium par des particules α, identification de la particule émise, équations des réactions (exercices 1 et 10, et document scientifique de l'exercice 17).
• Énergie de liaison et stabilité : défaut de masse, énergie de liaison par nucléon, comparaison de plusieurs noyaux (exercice 2).
• Désintégrations α et β⁻ : polonium 210 (exercices 3, 5 et 12), astate 217 (exercice 6), césium 139 (exercice 7), radon 222 (exercice 9), radium 226 (exercice 11), argent 108 (exercice 16) : équation de la réaction, énergie libérée, énergie cinétique des particules émises.
• Loi de décroissance et datation au carbone 14 : activité, demi-vie, âge d'un objet (exercices 8 et 15), exploitation d'un graphe de ln A en fonction du temps.
• Fusion nucléaire : union de deux noyaux de deutérium (exercice 13).
• Études de documents scientifiques : l'accident de Tchernobyl (Bac 2008) et la découverte de la radioactivité artificielle (Contrôle 2010).

Rappels utiles avant de commencer

• Énergie mise en jeu : |W| = |Δm|·c² = |m_i − m_f|·c². Si la masse finale est plus petite que la masse initiale, de l'énergie est libérée ; sinon elle est consommée.
• E_l = [Z·m_p + (A − Z)·m_n − m_X]·c² ; de deux noyaux, le plus stable est celui dont l'énergie de liaison par nucléon E_l/A est la plus grande.
• Lois de conservation lors d'une désintégration : nombre de charge Z, nombre de masse A et énergie.

Comment la travailler

1. Commencez par les exercices d'équations de réaction (3, 5, 7, 11), qui ne demandent que les lois de conservation.
2. Passez ensuite aux bilans d'énergie (2, 12, 13) puis aux exercices de datation et de loi de décroissance (8, 15).
3. Gardez les études de documents (15 « Tchernobyl » et 17) pour la fin : elles demandent de lire, repérer les données puis appliquer le cours.
4. Vérifiez vos calculs avec les réponses numériques indiquées quand il y en a.

À savoir : certains sujets datent de l'« ancien régime » : le programme a évolué depuis, donc une question peut faire appel à une notion qui n'est plus étudiée ; demandez à votre professeur en cas de doute. La numérotation du PDF présente par ailleurs deux exercices portant le numéro 15.

Checklist de révision

• Je sais identifier la particule émise et le noyau fils à partir des lois de conservation.
• Je sais calculer l'énergie libérée par une désintégration ou une fusion à partir des masses.
• Je sais comparer la stabilité de deux noyaux avec E_l/A.
• Je sais dater un échantillon avec le carbone 14.