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Physique-Chimie · 2ème Année Bac — SVT

Le noyau (Masse et énergie)

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Défaut de masse ($\Delta m$) : Pour un noyau $^A_Z X$, $\Delta m = [Z \cdot m_p + (A-Z) \cdot m_n] - m(^{A}_{Z}X)$. Il est toujours positif.
  • Énergie de liaison ($E_l$) : $E_l = \Delta m \cdot c^2$. Elle représente l'énergie qu'il faut fournir pour séparer les nucléons.
  • Énergie de liaison par nucléon ($\frac{E_l}{A}$) : Plus cette valeur est grande, plus le noyau est stable.
  • Énergie libérée ($E_{lib}$) : Pour une réaction $^A_1 Z_1 X_1 + ^A_2 Z_2 X_2 \rightarrow ^A_3 Z_3 X_3 + ^A_4 Z_4 X_4$, $E_{lib} = | \Delta m | \cdot c^2$ avec $\Delta m = \sum m_{produits} - \sum m_{réactifs}$.

Méthodes à maîtriser

  • Conversion d'unités : $1 , u = 931,5 , MeV/c^2$.
  • Calcul de $E_l$ en $MeV$ : $E_l = \Delta m(en , u) \times 931,5$.
  • Utilisation du diagramme d'Aston pour comparer la stabilité de deux noyaux.

Exemples corrigés

  • Calcul de $E_l$ pour le deutérium ($^2_1 H$) : $\Delta m = [1 \cdot m_p + 1 \cdot m_n] - m(^2_1 H)$. On multiplie par $931,5$.
  • Calcul de $E_{lib}$ : Toujours calculer la masse des produits moins la masse des réactifs. Si le résultat est négatif, la valeur absolue donne l'énergie libérée.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir $u$ en $kg$ si on utilise $c = 3 \cdot 10^8 , m/s$.
  • Confondre $E_l$ et $E_l/A$.
  • Oublier le signe "moins" dans le calcul de $\Delta m$ pour une réaction nucléaire.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Le noyau (Masse et énergie)

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L'unité de l'énergie de liaison est :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre le défaut de masse et l'énergie de liaison ?
  1. Le défaut de masse ($\Delta m$) est une valeur exprimée en unité de masse atomique ($u$ ou $kg$) qui mesure la différence entre la masse théorique des nucléons isolés et la masse réelle du noyau.
  2. L'énergie de liaison ($E_l$) est la traduction énergétique de ce défaut de masse via la relation d'Einstein ($E=mc^2$). C'est l'énergie qu'il faudrait apporter au noyau pour le dissocier.

💡 À retenir : $\Delta m$ est une masse, $E_l$ est une énergie.

kifach n3ref wach n-nawat mousta9ira wla la ?
  1. Bach t3ref wach n-nawat mousta9ira, khassek thseb t-ta9a dyal r-rabt l-koul nawiya ($E_l/A$).
  2. 9ad ma kanat l-9ima dyal $E_l/A$ kbira, 9ad ma kanat n-nawat mousta9ira.
  3. N-nawat li 3ndha $E_l/A$ sghira katbghy tfertet bach twelli mousta9ira.

💡 À retenir : $E_l/A$ kbira = nawat mousta9ira.

Est-ce que l'énergie libérée peut être négative ?
  1. Non, par définition, l'énergie libérée par une réaction nucléaire est une grandeur positive.
  2. Dans le calcul, on fait $E_{lib} = |(m_{produits} - m_{réactifs}) \cdot c^2|$.
  3. Si la somme des masses des produits est inférieure à celle des réactifs, la réaction libère de l'énergie (exothermique).

💡 À retenir : L'énergie libérée est toujours une valeur positive.

chno hiya l-fark bin l-inchitar o l-indimaj ?
  1. L-inchitar (fission) : n-nawat t-ta9ila (bhal l-uranium) kat9sem l-nawatayn akhaf.
  2. L-indimaj (fusion) : nawiyat khafifa (bhal l-hydrogène) kytjam3ou bach y3tiwna nawat akbar.
  3. Jouj kytjou t-ta9a kbira.

💡 À retenir : Fission = casser, Fusion = coller.

Pourquoi utilise-t-on MeV au lieu de Joules ?
  1. Le Joule est une unité trop grande pour les énergies à l'échelle du noyau.
  2. $1 , MeV = 1,6 \cdot 10^{-13} , J$.
  3. Utiliser le $MeV$ simplifie les calculs car on utilise directement la conversion $1 , u = 931,5 , MeV/c^2$.

💡 À retenir : Le $MeV$ est l'unité pratique en physique nucléaire.

kifach n7seb t-ta9a l-mouharrara mn mou3adala ?
  1. Hseb koutlat n-nawaji (produits) : $m_p = \sum m_{produits}$.
  2. Hseb koutlat l-moutafa3ilat (réactifs) : $m_r = \sum m_{réactifs}$.
  3. Hseb l-far9 : $\Delta m = m_p - m_r$.
  4. Hseb t-ta9a : $E_{lib} = |\Delta m| \cdot c^2$.

💡 À retenir : $E_{lib} = | \Delta m | \cdot c^2$.

Le défaut de masse est-il toujours positif ?

Oui, car la masse d'un noyau est toujours inférieure à la somme des masses de ses nucléons pris séparément. C'est ce qu'on appelle l'énergie de cohésion.

💡 À retenir : $\Delta m > 0$ toujours.

Est-ce que mp et mn sont donnés dans l'examen ?

Oui, les masses du proton ($m_p$), du neutron ($m_n$) et des noyaux concernés sont toujours fournies dans les données de l'énoncé. Il ne faut pas les apprendre par cœur.

💡 À retenir : Utilise uniquement les données fournies.

wach l-mou3adala dyal Einstein E=mc^2 khassha t-tahwil l-kg ?
  1. Ila knti ghadi tkhdem b $c$ b $m/s$, khass l-koutla tkoun b $kg$.
  2. Ila knti ghadi tkhdem b $u$, khassk t-t3wed $c^2$ b $931,5 , MeV/u$.

💡 À retenir : Fais attention aux unités avant de calculer.

Pourquoi les noyaux lourds sont-ils instables ?

Les noyaux très lourds ont un trop grand nombre de protons. La force de répulsion électrostatique entre les protons devient trop forte par rapport à l'interaction forte qui assure la cohésion du noyau.

💡 À retenir : Trop de protons = instabilité.

Comment calculer l'énergie libérée par une mole de noyaux ?
  1. Calcule d'abord l'énergie libérée par un seul noyau ($E_{lib}$ en Joules).
  2. Multiplie ce résultat par le nombre d'Avogadro ($N_A = 6,02 \cdot 10^{23} , mol^{-1}$).

💡 À retenir : $E_{mole} = E_{noyau} \cdot N_A$.

Est-ce que le nombre de nucléons se conserve ?

Oui, lors de toute réaction nucléaire, le nombre de nucléons ($A$) et le nombre de charges ($Z$) se conservent (Lois de Soddy).

💡 À retenir : $A$ et $Z$ sont conservés.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit la réaction de fusion : $^2_1 H + ^3_1 H \rightarrow ^4_2 He + ^1_0 n$. Données : $m(^2_1 H) = 2,01355 , u$ ; $m(^3_1 H) = 3,01550 , u$ ; $m(^4_2 He) = 4,00150 , u$ ; $m(^1_0 n) = 1,00866 , u$.

  1. Calculer le défaut de masse de la réaction.
  2. Calculer l'énergie libérée en $MeV$.
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Exercice 2

Calculer l'énergie de liaison par nucléon du noyau de Fer $^{56}{26} Fe$. Données : $m(^{56}{26} Fe) = 55,92067 , u$ ; $m_p = 1,00728 , u$ ; $m_n = 1,00866 , u$.

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Exercice 3

Un échantillon contient $1 , g$ de deutérium. Calculer l'énergie totale libérée par la fusion de cet échantillon selon la réaction : $^2_1 H + ^2_1 H \rightarrow ^3_2 He + ^1_0 n$. Données : $m(^2_1 H) = 2,01355 , u$ ; $m(^3_2 He) = 3,01493 , u$ ; $m(^1_0 n) = 1,00866 , u$. $M(H) = 2 , g/mol$.

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