Corrigés des exercices
19
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
Ce qu’il faut retenir de l’exercice 1.4
z Le principe d’une lampe à décharge
2 .
z Le dédoublement des raies spectrales des alcalins.
z La différence d’ordre de grandeur entre : (i) l’écart d’énergie entre des raies dues à une
démultiplication d’un même état excité, et (ii) l’écart d’énergie entre niveaux ou sousniveaux d’énergie de l’atome (niveau fondamental et niveaux excités).
1.5** La photosynthèse : une interaction lumière-matière relevant
de la chimie
Lors de la photosynthèse végétale, le dioxyde de carbone est réduit en glucose, et l’eau est oxydée
en dioxygène O 2 . Cela se produit dans les chloroplastes des feuilles vertes, lors de l’exposition à
la lumière. Cette transformation est l’opposée de la combustion du glucose.
La photosynthèse, comme tous les processus photochimiques, est non thermodynamiquement
favorable (enthalpie libre de réaction : ∆ r G > 0) et puise l’énergie requise pour son déroulement
dans l’énergie lumineuse absorbée.
L’énergie d’un quantum de lumière de longueur d’onde λ est :
– Le travail électrique nécessaire à la production d’une molécule de dioxygène par oxydation de
l’eau selon :
2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e –
est W/N A (à l’échelle élémentaire, N A étant la constante d’Avogadro).
– L’énergie absorbée est celle de huit quanta, soit 8 × E.
– Le rendement énergétique (symbolisé par Rdt) est la fraction de l’énergie lumineuse fournie,
effectivement utilisée par la réaction d’oxydation, soit :
Remarque. Un rendement s’exprime comme le rapport de la valeur d’une grandeur (énergie,
masse, quantité de matière, etc.) à sa valeur maximale, et s’utilise pour comparer les deux valeurs.
Le rendement n’a pas d’unité et est compris entre 0 et 1. L’habitude est de le multiplier par 100
pour l’exprimer en pourcentage.
2. Il existe également des lampes à vapeur de mercure dont on n’utilise que les raies dans l’UV (avec un filtre adéquat).
Ces lampes, dites lampes de Wood, émettent des radiations invisibles car situées dans l’UV (lumière noire), et sont utilisées en particulier pour les spectacles car elles permettent d’exciter la fluorescence bleue d’azurants optiques présents
dans les textiles blancs.
E =
h × c 0
λ
Rdt =
W /N A
8 × E
=
λ ×W
8 × h × c 0 × N A
W
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
Ce qu’il faut retenir de l’exercice 1.4
z Le principe d’une lampe à décharge
2 .
z Le dédoublement des raies spectrales des alcalins.
z La différence d’ordre de grandeur entre : (i) l’écart d’énergie entre des raies dues à une
démultiplication d’un même état excité, et (ii) l’écart d’énergie entre niveaux ou sousniveaux d’énergie de l’atome (niveau fondamental et niveaux excités).
1.5** La photosynthèse : une interaction lumière-matière relevant
de la chimie
Lors de la photosynthèse végétale, le dioxyde de carbone est réduit en glucose, et l’eau est oxydée
en dioxygène O 2 . Cela se produit dans les chloroplastes des feuilles vertes, lors de l’exposition à
la lumière. Cette transformation est l’opposée de la combustion du glucose.
La photosynthèse, comme tous les processus photochimiques, est non thermodynamiquement
favorable (enthalpie libre de réaction : ∆ r G > 0) et puise l’énergie requise pour son déroulement
dans l’énergie lumineuse absorbée.
L’énergie d’un quantum de lumière de longueur d’onde λ est :
– Le travail électrique nécessaire à la production d’une molécule de dioxygène par oxydation de
l’eau selon :
2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e –
est W/N A (à l’échelle élémentaire, N A étant la constante d’Avogadro).
– L’énergie absorbée est celle de huit quanta, soit 8 × E.
– Le rendement énergétique (symbolisé par Rdt) est la fraction de l’énergie lumineuse fournie,
effectivement utilisée par la réaction d’oxydation, soit :
Remarque. Un rendement s’exprime comme le rapport de la valeur d’une grandeur (énergie,
masse, quantité de matière, etc.) à sa valeur maximale, et s’utilise pour comparer les deux valeurs.
Le rendement n’a pas d’unité et est compris entre 0 et 1. L’habitude est de le multiplier par 100
pour l’exprimer en pourcentage.
2. Il existe également des lampes à vapeur de mercure dont on n’utilise que les raies dans l’UV (avec un filtre adéquat).
Ces lampes, dites lampes de Wood, émettent des radiations invisibles car situées dans l’UV (lumière noire), et sont utilisées en particulier pour les spectacles car elles permettent d’exciter la fluorescence bleue d’azurants optiques présents
dans les textiles blancs.
E =
h × c 0
λ
Rdt =
W /N A
8 × E
=
λ ×W
8 × h × c 0 × N A
W