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applicable à l'énergie ou la puissance

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ACTIVITE n°3 : De l'éclairage public à l'atome quantique :

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Lorsqu'un gaz est porté à haute température ou lorsqu'il est traversé par une décharge électrique, il émet un rayonnement. Le spectre d'émission observé est alors composé de raies colorées. Comment expliquer la présence de raies dans un spectre d'émission ?

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Physicien allemand , né à Kiel et mort à Göttingen.( 1858-1947 )Quel est son nom ?

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Document 1 : Vers la physique quantique :

Avec l'apparition d'alternateurs performants, l'éclairage public se développe. À la ﬁn du XIXe siècle, la conception de lampes à incandescence devient un enjeu économique.Pour améliorer leur fonctionnement, les scientiﬁques s'intéressent à l'émission de lumière par les corps chauﬀés.

Leurs recherches les conduisent aussi à vouloir expliquer les spectres d'émission des atomes. Ces spectres, constitués de raies caractéristiques de chaque atome, ne peuvent pas être interprétés par les lois de la physique classique en vigueur à cette époque. Pour sortir de l'impasse, le physicien allemand Max Planck (1858-1947) propose dès 1900 que la lumière est émise par " petits paquets ", des quanta d'énergie.

Max Planck, né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, dans le duché de Schleswig (dorénavant en Allemagne), et mort le 4 octobre 1947 à Göttingen, en Allemagne pendant l'occupation alliée, est un physicien allemand. Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1918 pour ses travaux en théorie des quanta. Il a reçu la médaille Lorentz en 1927 et le prix Goethe en 1945. Max Planck fut l'un des fondateurs de la mécanique quantique. De ces travaux fut conceptualisé l'ère de Planck, période de l'histoire de l'Univers au cours de laquelle les quatre interactions fondamentales étaient unifiées. Max Planck, né le 23 avril 1858 à Kiel dans le duché de Schleswig, est issu d'une famille nombreuse et bourgeoise. Ses arrière-grand-père et grand-père paternels sont professeurs de théologie, son père professeur de droit (il participa à la rédaction du code civil allemand), tandis que sa mère est issue d'une famille de pasteurs. Max Planck fait ses études secondaires à Munich où son père enseigne. Il hésite alors entre se consacrer à la science ou à la musique. En 1874, il entame des études de mathématiques et de physique à l'université. Il obtient son baccalauréat à dix-sept ans et, trois ans plus tard, il conclut son cursus universitaire à Berlin avec Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff comme professeurs. En 1878, il soutient sa thèse de doctorat sur " le second principe de la thermodynamique " et la notion d'entropie. Ses professeurs ne sont guère convaincus. Il passe néanmoins son habilitation en 1881 sur " les états d'équilibre des corps isotropes aux différentes températures ", aboutissant aux mêmes résultats que ceux obtenus auparavant par l'Américain Josiah Willard Gibbs, dont les travaux étaient restés confidentiels. Jusqu'en 1885, il recherche un poste d'enseignant en physique théorique, discipline peu à la mode à l'époque. Il obtiendra enfin un poste de professeur adjoint à l'université de Kiel en 1885. À la mort de Gustav Kirchhoff, et sur recommandation de Helmholtz, il est appelé à l'université Humboldt de Berlin comme professeur adjoint puis titulaire en 1892. Un poste qu'il gardera environ quarante ans. Il se marie avec Marie Merck (1861-1909) en 1887 et devient père de famille dès 1888. Ils s'installent alors à Grunewald, dans la banlieue de Berlin. Il aura au total quatre enfants, tous morts avant lui. Trois moururent lors de la Première Guerre mondiale : son fils aîné, Karl, devant Verdun en 1916 et ses deux jumelles en 1917 et 1919, de suites de couches. Erwin, son cadet, est fait prisonnier en France. Ce dernier est resté très proche de son père durant l'entre-deux-guerres, occupant des fonctions administratives importantes dans la République de Weimar. Il est arrêté en 1944, accusé de tentative d'assassinat sur Hitler dans le cadre du complot du 20 juillet 1944. Erwin est exécuté en février 1945. Sa première femme meurt en 1909 et il se remarie avec Marga von Hößlin (1882-1948). Planck a toujours conservé de sa jeunesse un attrait marqué pour la musique : il a ainsi composé quelques pièces et maîtrise le piano avec lequel il joue parfois avec le violoniste Joseph Joachim, ou plus tard avec Albert Einstein.

1. Pourquoi le développement de l'éclairage public a-t-il initié les recherches sur l'émission de lumière par les corps chauffés ?

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Vidéo : Max Planck et la physique quantique

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Physicien et chimiste néo-zélando-britannique, né à Brightwater et mort à Cambridge.( 1871-1937 )Quel est son nom ?

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Document 2 : La physique classique, un modèle incomplet :

En 1910, le physicien néo-zélando-britannique Ernest Rutherford (1871-1937) décrit la structure lacunaire de l'atome avec un modèle dit " planétaire " : un noyau chargé positivement autour duquel tournent, dans le vide, des électrons chargés négativement.Le modèle de E. Rutherford, très eﬃcace pour expliquer la structure de l'atome avec les lois de la physique classique, ne tient pas compte de la théorie de Max Planck, et ne permet pas d'interpréter les spectres de raies d'émission. Un autre modèle devient donc nécessaire.

Ernest Rutherford était un physicien et chimiste néo-zélandais qui, lors de ses recherches sur l'uranium, a découvert l'émission de rayons alpha et bêta. Cette découverte a apporté une contribution majeure à la théorie atomique moderne. Les résultats de ses travaux de recherche ont pris la forme d'un modèle atomique moderne. Rutherford a été le premier à défendre la conception selon laquelle les atomes ont leur charge positive concentrée dans un petit noyau. Jeunesse et études d'Ernest Rutherford Ernest Rutherford est né à Nelson, en Nouvelle-Zélande, le 30 août 1871. Il a grandi et étudié dans sa ville natale. En 1893, il est diplômé en mathématiques et physique par l'université de Wellington. Grâce à un concours, il remporte une bourse qui le conduit à l'université de Cambridge en Angleterre. Au Cavendish Laboratory de Cambridge, sous la direction du physicien J. J. Thomson (qui a découvert les électrons), il effectue des recherches sur le mouvement des particules atomiques chargées électriquement : les ions. Il étudie également les radiations émises par l'élément radium, récemment découvert par Marie et Pierre Curie. En 1898, il part pour le Canada. En 1899, alors qu'il effectuait des recherches sur l'uranium à l'université McGill de Montréal, il découvre qu'un type de rayonnement émis par cet élément était facilement bloqué par une fine feuille de métal. Il nomme cette particule rayons alpha. Il découvre également une autre forme de rayonnement, plus pénétrante, et bloquée par une feuille de métal plus épaisse, qu'il a nommée rayons bêta. Découvertes en radioactivité Les découvertes de Rutherford ont été importantes pour les travaux futurs. Avec le chimiste anglais Frederick Soddy, il a posé les bases de la théorie de la radioactivité. Leurs recherches et leurs conclusions se trouvent dans le livre intitulé " Radiative Substances and Their Radiations ". En 1907, Rutherford s'installe à Manchester, en Angleterre. À cette époque, il découvre que les rayons alpha consistent en un flux d'atomes d'hélium liés positivement, c'est-à-dire des atomes sans leurs électrons. Pour cette découverte, il reçoit le prix Nobel de chimie en 1908. À partir de 1910, il entreprend une série d'expériences. Recherche en théorie atomique Avec ses expériences, Ernest Rutherford a inspiré toute la théorie atomique moderne en affirmant que l'atome est nucléé et que sa partie positive est concentrée dans un volume extrêmement petit : le noyau lui-même. Les électrons seraient quant à eux extranucléaires. Sur la base de ces découvertes, Rutherford présente en 1911 un modèle atomique, qui a été reconnu par ses confrères et nommé " atome de Rutherford ". Le modèle a une forme planétaire où l'atome est entouré d'électrosphères. En 1912, le physicien danois Niel Bohr a utilisé les conclusions de Rutherford pour leur appliquer la théorie des quanta, ce qui a permis de résoudre l'impasse du modèle de Rutherford. Avec Piotr Kapitza En 1919, de retour à Cambridge, il devient directeur du laboratoire Cavendish. Entre 1921 et 1934, il travaille avec Piotr Kapitza, l'un de ses plus grands collaborateurs et l'un des noms les plus importants de l'URSS. C'est notamment l'un des responsables du lancement du satellite Spoutnik. Rutherford démontre à nouveau sa foi dans l'internationalisation de la science en obtenant le transfert de son grand laboratoire à haute tension d'Angleterre en Union soviétique, où Kapitza pourra l'utiliser pour faire avancer la recherche. Ernest Rutherford a été président de la Royal Society de 1925 à 1930. Il a reçu plusieurs distinctions, dont l'Ordre du mérite en 1935, le titre de Baron Rutherford of Nelson en 1931, et le titre de Lord en 1937. Ernest Rutherford est mort à Cambridge, en Angleterre, le 19 octobre 1937.

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Vidéo : Expérience de Rutherford

Un de ces deux physiciens est très connu.Le deuxième est un physicien danois, né et mort à Copenhague .( 1885-1962 )Quel est son nom ?

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Document 3 : La physique quantique appliquée à l'atome :

En 1913, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) améliore le modèle de l'atome. Il montre qu'un atome ne peut exister que dans certains états d'énergie quantiﬁés. Il trace ainsi la voie de la physique quantique, ouverte par Max Planck, basée sur le principe que l'énergie ne s'échange que par paquets, ou quanta. Les raies d'émission sont alors expliquées par le passage d'un atome d'un état d'énergie vers un état d'énergie plus faible.

Niels Bohr (7 octobre 1885 - 18 novembre 1962) est un physicien danois. Né à Copenhague (Danemark) de Christian Bohr et Ellen Adler, Bohr obtint un doctorat à l'université de Copenhague en 1911. Il fut dirigé par Ernest Rutherford à Manchester (Angleterre).Son frère Harald Bohr fut un mathématicien célèbre. Se basant sur les théories de Rutherford, il publia en 1913 un modèle de la structure de l'atome. Cette théorie présente l'atome comme un noyau autour duquel gravitent des électrons, les orbites les plus éloignées du noyau comprenant le plus d'électrons, ce qui détermine les propriétés chimiques de l'atome. Les électrons ont la possibilité de passer d'une couche à une autre, émettant un photon. Cette théorie est à la base de la mécanique quantique. En 1916, Bohr devint professeur à l'Université de Copenhague puis en 1920 directeur du tout nouvel " Institut de la Physique Théorique ". En 1921, il fut lauréat de la Médaille Hughes. En 1922 il reçut le prix Nobel de physique pour son développement des mécaniques quantiques. Il devient membre étranger de la Royal Society en 1926. Il fut également lauréat de la Médaille Franklin en 1926, du Faraday Lectureship de la Royal society of chemistry en 1930 et de la médaille Copley en 1938. Bohr est aussi à l'origine du principe de complémentarité : des objets peuvent être analysés séparément et chaque analyse fera conclure à des propriétés contraires. Par exemple, les physiciens pensent que la lumière est à la fois une onde et un faisceau de particules, les photons. L'un des plus célèbres étudiants de Bohr fut Werner Heisenberg qui devint responsable du projet de bombe atomique allemande durant la Seconde Guerre mondiale. En 1943, Bohr s'échappa du Danemark occupé vers les États-Unis - via la Suède puis Londres - et travailla au Laboratoire national de Los Alamos dans le cadre du projet Manhattan. Après la guerre, il rentra à Copenhague et milita pour une utilisation pacifique de l'énergie nucléaire, en particulier avec la création du Laboratoire national Risø en 1956, ce qui lui valut d'être lauréat de l'Atoms for Peace Award en 1957. Il mourut à Copenhague le 18 novembre 1962. L'élément Bohrium (numéro atomique 107) a été nommé en son honneur. Une légende moderne attribue à Niels Bohr une anecdote concernant la mesure de la hauteur d'un bâtiment à l'aide d'un baromètre. Cette histoire aurait en fait été écrite dans le Reader's Digest en 1958, et l'histoire se serait transformée au fil du temps en une anecdote supposée réelle et attribuée à Niels Bohr [1]. On peut se demander si le recours à cette personne célèbre n'est pas une manière de transformer une anecdote amusante en un pamphlet contre la "rigidité de l'enseignement scolaire" opposée à la "créativité".

Vidéo : Théorie des quanta et niveaux d'énergie de l'atome

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Document 4 : Etats d'énergie d'un atome :

Dans le modèle quantique, un atome ne peut exister que dans certains états, caractérisés par des énergies quantiﬁées et discontinues (E1, E2, E3, etc.), formant un ensemble discret de valeurs. L'état de plus basse énergie est appelé " état fondamental ".Pour l'atome de mercure, par exemple, il existe plusieurs états d'énergie permettant de nombreuses transitions d'un état d'énergie haut à un état d'énergie plus faible. Chaque transition se traduit par l'émission d'une radiation lumineuse de longueur d'onde λ bien précise.

2. Comment explique-t-on que le spectre d'émission d'un atome soit constitué de raies ?

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Document 5 : La nature probabiliste de la physique quantique :

Contrairement à la physique classique, la physique quantique décrit les phénomènes microscopiques à l'aide de probabilités.Par exemple, la description de l'atome d'hydrogène dans le modèle quantique précise que la position de l'électron autour du noyau ne peut pas être déterminée avec exactitude mais seulement repérée par une probabilité de présence.

Document 6 : Spectre de raies d'émission de l'atome de Mercure :

Le spectre de raies d'émission de l'atome de Mercure comporte plusieurs raies. L'intensité lumineuse des raies, évaluée par des pics d'amplitude plus ou moins grande, dépend de la probabilité de la transition.

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Document 7 : Spectre d'émission d'une lampe fluocompacte :

Certaines lampes sont fabriquées pour imiter la lumière blanche du Soleil : c'est le cas des lampes ﬂuocompactes. Ces dernières renferment un mélange de gaz constitué de diﬀérents types d'atomes, chacun contribuant à la lumière de la lampe par son propre spectre.Pour identiﬁer la présence d'un atome, il suﬃt de connaître la longueur d'onde de certaines de ses raies d'émission et de vériﬁer leur présence ou non sur le spectre étudié.

3. Expliquer pourquoi les raies d'émission présentes dans un spectre n'ont pas la même intensité lumineuse.4. Compléter le tableau ci-dessous à partir des données relatives à l'atome de mercure :

5. Montrer que le mercure est utilisé dans la fabrication d'une lampe ﬂuocompacte.

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Fin de L'activité n°3

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ACTIVITE n°3 : De l'éclairage public à l'atome quantique : Back Next Lorsqu'un gaz est porté à haute température ou lorsqu'il est traversé par une décharge électrique, il émet un rayonnement. Le spectre d'émission observé est alors composé de raies colorées. Comment expliquer la présence de raies dans un spectre d'émission ?

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L'energie & ses conversions au quotidien

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L'energie & ses conversions au quotidien

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Plus d'infos sur www.strastv.com

Depuis le mois de décembre 2013, le hall de la gare de Strasbourg accueille le We Bike . À mi-chemin entre le vélo d'appartement et un bureau, ce dispositif permet de recharger son téléphone et son ordinateur en pédalant. Une personne pourrait générer jusqu'à 30 watts d'électricité et devra pédaler plusieurs dizaines de minutes pour recharger entièrement sa batterie. Ce concept qui arrive du Japon, est fabriqué en Belgique, où il est installé dans plusieurs lieux publics comme certains aéroports, bibliothèques et universités. Un moyen ludique et écologique pour attendre son train.

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Strasbourg : Recharger son téléphone en pédalant

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Plus d'infos sur www.strastv.com Depuis le mois de décembre 2013, le hall de la gare de Strasbourg accueille le We Bike . À mi-chemin entre le vélo d'appartement et un bureau, ce dispositif permet de recharger son téléphone et son ordinateur en pédalant.

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Le portail web sur André-Marie Ampère : l’oelig;uvre, les manuscrits, la correspondances d’Ampère et l’histoire de l’électricité

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Expérience d'Orsted : déviation boussole par courant 

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Expérience d'Orsted : déviation boussole par courant 

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In 1820, Hans Christian Ørsted discovered the relationship between electricity and magnetism in this very simple experiment.

In 1820, Hans Christian Ørsted stumbled upon a discovery that birthed the study of electromagnetism. While setting up materials for a lecture, Ørsted happened to bring a compass close to a live electrical wire. He noticed that the needle of the compass jumped when close to the wire. After more experimentation and documentation, he officially proved that magnetic fields are created when current travels through a wire, thus proving that electricity and magnetism are connected.

Play with the tutorial below to experience the phenomenon as Ørsted did.

Instructions

1. Identify all the parts of Ørsted's setup and take note of the direction the compass needle is pointing.

2. Close the circuit by pushing the "on" button.

3. Observe what happens to the compass needle when electricity is flowing through the wire.

4. Flip the battery, and watch the compass needed change direction.

5. Turn the system off. Watch the needle move back to pointing North when there is no longer current running through the wire.

The battery Ørsted used was a voltaic pile, which is made of copper and zinc plates in an acid solution. A metal wire is connected to the battery and held up by wooden clamps. A compass is placed below the wire. The compass needle points north until the circuit is connected because it is reacting to the earth's magnetic field. When the system is turned on, the magnetic field of the wire overpowers the force of the earth's magnetic field on the needle. When the battery is flipped, the direction of the current is reversed and so is the way the needle is pointing.

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In 1820, Hans Christian Ørsted discovered the relationship between electricity and magnetism in this very simple experiment.

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Visualiser les lignes de champ magnétique d'un aimant droit

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Visualiser les lignes de champ magnétique d'un aimant droit

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Mouvement relatif des champs électrique et magnétique

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Mouvement relatif des champs électrique et magnétique

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animation : induction rotative par Faraday

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animation : induction rotative par Faraday

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Un aimant tourne au sein d'une spire électrique

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Le phénomène d'induction Faraday n'intervient que pour une variation du flux de B.

Retenons que sur cette expérience repose le principe de la production d'électricité dans de nombreuses centrales.

Cliquer sur 'pause' stopper et sur 'play' pour continuer.

Vous pouvez choisir entre faire bouger l`aimant ou faire bouger la spire.

Illustrer une des expériences fondatrices des lois de l'induction (Faraday - 1831).

Insister sur l'invariance du phénomène selon que c'est l'aimant qui se déplace devant la spire ou la spire qui se déplace devant l'aimant.

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Le phénomène d'induction Faraday n'intervient que pour une variation du flux de B. Retenons que sur cette expérience repose le principe de la production d'électricité dans de nombreuses centrales. Cliquer sur 'pause' stopper et sur 'play' pour continuer. Vous pouvez choisir entre faire bouger l`aimant ou faire bouger la spire.

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Mvt relatif d'un aimant et d'une bobine

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Just a year after electromagnetism was discovered, the great scientist Michael Faraday figured out how to turn it into motion.

In 1821, Faraday created an electromagnetic rotary device that gave the basis for electric motor technology. Though a primitive device that served no practical purpose, it was a great leap for humankind and led to the much more sophisticated motors of today.

Take a look at Faraday's invention:

Instructions

1. Trace out the interesting setup: The circuit consists of a battery, standard wiring, a metal rod connected to a stiff wire that is suspended into a very conductive mercury pool.

2. Notice the permanent magnet mounted in the middle of the mercury pool.

3. Press "on" to close the switch and complete the circuit.

4. The flow of electricity creates a magnetic field around the stiff wire.

5. The magnetic field of the wire and the magnetic field of the permanent magnet interact to make the wire circle the magnet.

6. Click the "field lines" button to see the magnetic fields created around the wire and the permanent magnet

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Just a year after electromagnetism was discovered, the great scientist Michael Faraday figured out how to turn it into motion.

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Rotor apporte énergie mécanique , le Stator la convertit en électricité, le contraire du moteur électrique

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Turbine et alternateur sont deux éléments indispensables dans une centrale électrique.

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Calculer le rendement d'un convertisseur énergétique - Panneaux photovoltaïques | Physique | Lycée

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électrons, zinc et UV

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TP point de fonctionnement d'1 Cellule photovoltaique

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TP point de fonctionnement d'1 Cellule photovoltaique

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simulation en labo