QCM : Ondes électromagnétiques et structure atomique — 24 questions

Explication

Dans le vide, la célérité vaut $c=3\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ et la fréquence est l’inverse de la période. La célérité décrit une vitesse de propagation, contrairement à la fréquence.

Explication

Un photon est un corpuscule correspondant à un paquet discontinu d’énergie électromagnétique. Il se propage en ligne droite à la célérité de l’onde associée, ce qui distingue sa description corpusculaire de la description ondulatoire.

Explication

Dans un milieu donné, la vitesse de propagation est constante. La propagation est rectiligne et perpendiculaire au plan des champs électrique et magnétique, tandis que ces champs sont perpendiculaires entre eux.

Explication

Le spectre solaire est continu, avec une intensité maximale entre 400 et 800 nm. Le spectre d’émission de l’hydrogène est discontinu, constitué de raies comprenant notamment la série de Balmer.

Explication

Les quarks ne sont pas observés isolément et se regroupent en hadrons. Les baryons contiennent trois quarks, alors que les mésons associent un quark et un antiquark.

Explication

Dans le vide, l’énergie en électron-volts vérifie $E(\mathrm{eV})=\frac{1240}{\lambda(\mathrm{nm})}$. Une longueur d’onde courte correspond donc à une énergie élevée; un électron-volt vaut $1,602\times10^{-19}\ \mathrm{J}$.

Explication

Une onde électromagnétique associe des champs électrique et magnétique sinusoïdaux, de même période et de même longueur d’onde. Ces champs sont perpendiculaires entre eux, et la propagation est perpendiculaire au plan qu’ils définissent.

Explication

L’énergie d’un photon suit la relation de Planck $E=h\nu$, avec $h=6,62\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$. Ainsi, elle augmente avec la fréquence et ne se calcule pas par une relation inverse à celle-ci.

Explication

Les particules élémentaires comprennent six leptons et six quarks. L’électron et les neutrinos sont des leptons, tandis que les quarks up et down participent notamment à la constitution des protons et des neutrons.

Explication

L’effet photoélectrique montre que des photons ultraviolets peuvent arracher des électrons. Une lumière rouge plus intense ne produit pas le même effet, ce qui établit le rôle de l’énergie des photons plutôt que celui de la seule intensité.

Explication

L’IRM exploite les propriétés magnétiques de l’hydrogène, de l’hélium, du sodium et du phosphore, avec le gadolinium comme produit de contraste. En radiologie, le baryum et l’iode stables servent de produits de contraste.

Explication

La rencontre d’une particule et de son antiparticule entraîne leur annihilation. Leur disparition s’accompagne d’une transformation en énergie pure, et non d’une simple séparation en particules inchangées.

Explication

La scintigraphie associe un nucléide radioactif à une molécule biologique vectrice, avec notamment $^{201}\mathrm{Tl}$, $^{123}\mathrm{I}$ ou $^{99m}\mathrm{Tc}$. La TEP utilise principalement des éléments tels que le carbone, l’azote, l’oxygène, le fluor et le gallium.

Explication

Gell-Mann a proposé la théorie des quarks en 1969. L’atome mesure environ $10^{-10}\,\mathrm{m}$, le noyau environ $10^{-15}\,\mathrm{m}$ et les quarks environ $10^{-18}\,\mathrm{m}$.

Explication

Platon et Aristote expliquaient la matière par quatre éléments : terre, eau, air et feu. Leucippe et Démocrite ont introduit le concept d’atome. Les proportions cosmiques sont également de 5 % de matière baryonique, 25 % de matière sombre et 70 % d’énergie noire.

Explication

Les quatre interactions fondamentales sont l’électromagnétisme, l’interaction nucléaire forte, l’interaction nucléaire faible et la gravitation. Les bosons, les gluons et les photons décrivent des médiateurs associés à certaines interactions, mais ne remplacent pas cette classification des quatre interactions.

Explication

La longueur d’onde est donnée par $\lambda=cT=\frac{c}{\nu}$ et s’exprime en mètres. Elle est donc proportionnelle à la période et inversement proportionnelle à la fréquence, à célérité fixée.

Explication

Le nombre de masse $A$ correspond à l’ensemble des nucléons, donc aux protons et aux neutrons, et vérifie $A=Z+N$. Le nombre $Z$ compte les protons, tandis que $N$ compte les neutrons.

Explication

Un atome possède un noyau positif constitué de protons et de neutrons, autour duquel se trouvent des électrons négatifs. Les neutrons sont électriquement neutres, tandis que les protons portent une charge positive de même valeur absolue que celle de l’électron.

Explication

Les usages des isotopes de l’iode diffèrent selon leur numéro de masse : $^{123}\mathrm{I}$ sert à l’imagerie thyroïdienne, $^{125}\mathrm{I}$ à la radioimmunoanalyse et $^{131}\mathrm{I}$ à la radiothérapie métabolique des cancers thyroïdiens. Ces trois applications ne sont donc pas interchangeables.

Explication

La lumière visible s’étend approximativement de 400 à 800 nm. Les ultraviolets ont des longueurs d’onde inférieures à 400 nm, tandis que les infrarouges dépassent 800 nm.

Explication

L’aspect ondulatoire domine pour les rayonnements de faible énergie et de grande longueur d’onde, notamment la lumière visible et les ondes hertziennes. Les rayons X et gamma, plus énergétiques et de longueur d’onde proche de l’échelle atomique, présentent surtout un aspect corpusculaire. La photographie et les dosifilms reposent sur un noircissement qui augmente avec l’irradiation reçue.

Explication

Des nucléides sont isotopes lorsqu’ils ont le même $Z$, isotones lorsqu’ils ont le même $N$ et isobares lorsqu’ils ont le même $A$. Les isomères possèdent les mêmes $A$ et $Z$, mais diffèrent par leur état d’excitation.

Explication

Le tableau périodique est ordonné selon le numéro atomique croissant $Z$, et cette organisation révèle la périodicité de plusieurs propriétés. Le nombre de masse $A$ décrit un nucléide particulier et ne constitue pas le critère de classement.