QCM : Biophysique de l’atome et radioactivité — 28 questions

Explication

Une onde électromagnétique résulte de la propagation conjointe d’un champ électrique et d’un champ magnétique oscillants. La description par un seul champ ne correspond pas à la nature électromagnétique de l’onde.

Explication

Les champs électrique et magnétique sont perpendiculaires entre eux, tout en oscillant dans le temps et dans l’espace. Des champs parallèles ne décrivent donc pas leur relation géométrique dans cette onde.

Explication

La période se calcule avec $T=\frac{2\pi}{\omega}$, ce qui donne ici $T=\frac{2\pi}{4\pi}=0{,}5\ \mathrm{s}$. La fréquence serait l’inverse de cette période, et non la pulsation elle-même.

Explication

Dans le vide, $\lambda_0=\frac{c}{\nu}$, donc $\lambda_0=\frac{3\times10^8}{6\times10^{14}}=5\times10^{-7}\ \mathrm{m}$. La multiplication de la vitesse par la fréquence ne donne pas une longueur d’onde.

Explication

La fréquence, comme la période et la pulsation, ne dépend pas du milieu de propagation. La vitesse peut changer, ce qui entraîne une variation de la longueur d’onde et du vecteur d’onde.

Explication

Un photon est une particule de masse nulle associée à une onde électromagnétique. Les descriptions fondées sur une onde mécanique, une masse variable ou une charge électrique ne correspondent pas à cette définition.

Explication

L’énergie photonique suit la relation $E=h\nu$, donc $E=(6{,}63\times10^{-34})(5{,}0\times10^{14})=3{,}315\times10^{-19}\ \mathrm{J}$. La division par la fréquence ou l’inversion des puissances de dix conduirait à des résultats incorrects.

Explication

La quantification signifie que l’énergie totale des électrons ne peut prendre que certaines valeurs associées à des couches privilégiées. Une trajectoire circulaire certaine relève d’une représentation simplifiée, et non de la description complète de l’énergie atomique.

Explication

La relation $E_n=-\frac{13{,}6}{n^2}\ \mathrm{eV}$ donne, pour $n=2$, $E_2=-\frac{13{,}6}{4}=-3{,}4\ \mathrm{eV}$. La valeur positive correspondrait à une énergie de liaison exprimée en valeur absolue, et non à l’énergie électronique de Bohr.

Explication

Une orbitale est une fonction mathématique qui décrit le comportement ondulatoire et la probabilité de présence d’un électron ou d’une paire d’électrons dans une région. Elle ne représente pas une orbite certaine, car la mécanique quantique ne fixe pas une trajectoire précise.

Explication

L’excitation se produit lorsque l’énergie du photon correspond exactement à la différence entre le niveau initial et le niveau supérieur. La condition d’énergie au moins égale à l’énergie de liaison caractérise plutôt l’ionisation.

Explication

L’ionisation exige que l’énergie incidente vérifie $E_{inc}\geq W_n$, donc une énergie d’au moins $8\ \mathrm{eV}$ dans ce cas. L’égalité avec un écart entre deux niveaux concerne l’excitation, qui laisse l’électron lié.

Explication

Après une ionisation, un électron d’une couche supérieure peut combler la lacune, et l’énergie libérée peut être émise sous forme d’un photon de fluorescence. L’électron arraché n’est pas obligé de revenir, et la réorganisation électronique peut produire un rayonnement.

Explication

Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons du noyau et aussi au nombre d’électrons dans un atome neutre. Le nombre total de nucléons est représenté par $A$, tandis que les neutrons sont calculés par $N=A-Z$.

Explication

Le nombre de neutrons se calcule avec $N=A-Z$, soit $N=23-11=12$. Le nombre $Z=11$ désigne les protons, tandis que $A=23$ compte l’ensemble des nucléons.

Explication

Les isotopes partagent le même numéro atomique $Z$ mais possèdent des nombres de masse $A$ différents. Les isobares partagent $A$ avec des $Z$ différents, tandis que les isomères correspondent au même noyau dans des états énergétiques différents.

Explication

Le défaut de masse est défini par la masse réelle du noyau moins la somme des masses de ses nucléons, et sa valeur est négative dans cette convention. La masse réelle du noyau est donc inférieure à cette somme, contrairement à une simple addition des masses nucléoniques.

Explication

Lorsque le défaut de masse est exprimé en uma, l’énergie de liaison vaut environ $\Delta m\times931$, soit $0{,}020\times931=18{,}62\,\text{MeV}$. La valeur $931\,\text{MeV}$ correspond au facteur de conversion pour une uma, pas à l’énergie cherchée.

Explication

Une grande valeur absolue de l’énergie de liaison par nucléon indique que chaque nucléon est fortement lié, ce qui traduit une plus grande stabilité. Une valeur faible de cette énergie correspond au contraire à une liaison moyenne moins importante.

Explication

Pour les noyaux légers, la stabilité se situe autour de l’égalité entre neutrons et protons. Dans les noyaux lourds, un excès de neutrons compense en partie la répulsion électrique accrue entre les nombreux protons.

Explication

Une réaction nucléaire conserve le nombre de masse, le nombre de charges, la quantité de mouvement et l’énergie totale. La masse de chaque noyau peut toutefois changer, car une partie peut être convertie en énergie.

Explication

Une réaction est énergétiquement possible lorsque la masse totale initiale dépasse la masse totale finale, ce qui rend $E_{lib}$ positive. Une valeur négative signifierait qu’un apport d’énergie est nécessaire pour réaliser la réaction.

Explication

La désintégration alpha concerne les noyaux lourds et s’accompagne de l’émission d’un noyau d’hélium-4 portant deux charges positives. L’émission d’un électron correspond à une désintégration bêta moins, tandis qu’un photon caractérise une transition gamma.

Explication

En bêta moins, un neutron se transforme en proton et les particules émises sont un électron et un antineutrino. Le nombre de masse reste constant, car le nombre total de nucléons ne change pas.

Explication

L’activité est le nombre de désintégrations par seconde et s’exprime en s⁻¹ ou en becquerels. Le nombre de noyaux encore présents est noté $N$, tandis que la durée de division par deux correspond à la période radioactive.

Explication

La relation $A=\lambda N$ donne ici $A=0{,}50\times2{,}0\times10^6=1{,}0\times10^6\,\text{s}^{-1}$, soit la même valeur en becquerels. Diviser le nombre de noyaux par la constante radioactive inverserait la relation utilisée.

Explication

La décroissance radioactive suit une loi exponentielle décroissante, $N(t)=N(0)e^{-\lambda t}$. Une exponentielle croissante ne représente pas la disparition progressive des noyaux, et une loi linéaire ne correspond pas à cette évolution.

Explication

Après $n$ périodes, l’activité vérifie $A(nT)=A(0)/2^n$. Pour trois périodes, elle vaut donc $A(0)/2^3=A(0)/8$, et non une fraction obtenue en divisant directement par le nombre de périodes.