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1 PHYSIQUE : Le Laser au quotidien (10 points) BAC S Centres Etrangers Juin Amérique du Sud Juin 2010 Saviez-vous que si vous regardez des DVD, naviguez sur le web, scannez les codes barre et si certains peuvent se passer de leurs lunettes, c'est grâce à l'invention du laser, il y a 50 ans! Intéressons-nous aux lecteurs CD et DVD qui ont envahi notre quotidien. La nouvelle génération de lecteurs comporte un laser bleu (le blu-ray) dont la technologie utilise une diode laser fonctionnant à une longueur d'onde B = 405 nm dans le vide, d une couleur bleue (en fait violacée) pour lire et écrire les données. Les CD et les DVD conventionnels utilisent respectivement des lasers infrarouges et rouges de longueur d onde R = 650 nm. Les disques Blu-ray fonctionnent d'une manière similaire à celle des CD et des DVD. disqu 0,1 mm Coté étiquette Coté étiquette Coté 0,6 mm 0,1 mm zone non gravée zone gravée 1,2 mm laser Zoom sur la zone gravée et le spot laser Simple face 700 MB 4,7 GB 25 GB Capacité de Figure 1 : caractéristiques des disques CD, DVD et Blu-ray. Donnée : On prendra ici pour la célérité de la lumière dans le vide et dans l'air : c = 3, m.s 1. Stockage 1. A propos du texte 1.1. Quel est le nom du phénomène physique responsable de l'irisation d'un CD ou d'un DVD éclairé en lumière blanche? 1.2. Calculer la valeur de la fréquence de la radiation utilisée dans la technologie blu-ray Comparer la longueur d'onde du laser blu-ray à celle des systèmes CD ou DVD. 2. Les ondes 2.1. Donner le domaine des longueurs d'onde dans le vide associé aux radiations visibles Une onde lumineuse est-elle une onde mécanique? Justifier Donner la relation entre la longueur d'onde dans le vide, la célérité de la lumière dans le vide c et la période de l'onde T. Préciser les unités En déduire la période T d'une onde électromagnétique de longueur onde = 405nm. 3. Intérêt d un blu-ray? On modélise le laser projeté sur un «trou» de DVD par le montage de la figure 2 donnée en Annexe, a étant le diamètre d un fil, le demi- écart angulaire Etablir la relation entre, L (largeur de la tache centrale de diffraction) et D (distance entre le fil et l'écran). On supposera suffisamment petit pour considérer tan avec en radian Donner la relation entre, et a en indiquant l'unité de chaque grandeur En déduire la relation 2 D L. a 3.4. Indiquer comment varie L lorsqu on remplace la lumière émise par un lecteur DVD conventionnel par un laser Blu- Ray? Expliquez alors en quelques mots l intérêt que présente le changement de longueur d'onde d un lecteur DVD conventionnel par un lecteur Blu-ray? 3.5. Pour stocker davantage d informations sur un disque, les scientifiques travaillent sur la mise au point d autre laser. Dans quel domaine des ondes lumineuses se situera la longueur d onde de ce nouveau laser?

2 CHIMIE : Identifier une molécule (10 points) M. Brasseur Lycée Montaigne Mulhouse Novembre 2012 Par oxydation ménagée, on peut obtenir d'un alcool: si c'est un alcool primaire, un aldéhyde ou un acide carboxylique si c'est un alcool secondaire, une cétone. si c'est un alcool tertiaire, il n'y a pas d'oxydation. Pour réaliser une oxydation ménagée, il faut faire réagir l'alcool avec un oxydant comme le CrO 2 (les ions permanganates ou dichromates oxydent de manière forte c'est-à-dire oxyde un alcool primaire en acide carboxylique et non en aldéhyde) ou le PCC. Il se produit alors une réaction d'oxydo-réduction. Une réaction d'oxydo-réduction ou redox est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un échange d'électrons. L'espèce chimique qui capte les électrons est appelée «oxydant» ; celle qui les cède, «réducteur». Une molécule organique, notée A, a pour formule brute C 4 H 8 O. On sait qu il ne s agit pas d une molécule cyclique. : 1. Quels sont les groupes caractéristiques connus qui sont compatibles avec la présence d un seul atome d oxygène dans la molécule A? 2. Donner la formule semi-développée du butanol. En déduire sa formule brute. 3. Par comparaison de la formule brute de la molécule A, avec la formule brute du butanol, confirmer la présence d une liaison double au sein de la molécule A, soit entre deux atomes de carbone, soit entre un atome de carbone et un atome d oxygène. Le spectre IR de l espèce chimique A en phase condensée est donné en Annexe 1 de chimie. 4. Quel renseignement supplémentaire ce spectre fournit-il? On pourra s aider du tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d onde pour différents types de liaison. 5. Ecrire les formules topologiques des trois molécules envisageables, puis les nommer. 6. Rappeler la définition d un isomère. Quel type d isomérie lie ces trois molécules? La molécule a été obtenue par oxydation d un alcool secondaire (noté B pour la suite du devoir). 7. Conclure sur l identité de la molécule A. 8. Etablir la formule développée de la molécule A. Y faire apparaître les protons considérés comme équivalents pour un spectre RMN. EN pourra mettre en évidence les protons équivalents par une même couleur. 9. Parmi les spectres RMN donnés en Annexe 4 de chimie, indiquer celui qui correspond à la molécule A. Justifier. 10. Comment se nomme la grandeur? 11. Parmi les spectres IR (réalisés en phase condensée) donnés en Annexe 3, indiquer celui qui correspond à la molécule B, c est-à-dire l alcool qui a été oxydé pour former la molécule A. Justifier. On pourra s aider du tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d onde pour différents types de liaison. 12. Pour les deux autres spectres IR qui ne correspondent pas à la molécule B et qui sont donnés en Annexe 3, identifiez les familles respectives à laquelle appartiennent ces deux molécules (que l on appelle C et D). On pourra s aider du tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d onde pour différents types de liaison. On réalise à nouveau le spectre IR de l alcool (donné en Annexe 5), mais en phase gazeuse. 13. Quelle différence majeure observe-ton entre ce spectre donné en Annexe 5 et celui que vous avez choisi à la question 11, pour des nombres d onde supérieurs à cm -1? Comment l interpréter?

3 ANNEXE PHYSIQUE D Laser DVD Ecran L Figure 2 ANNEXE 1 CHIMIE ANNEXE 2 CHIMIE

4 ANNEXE 3 CHIMIE Spectre IR 1 Spectre IR 2 Spectre IR 3

5 ANNEXE 4 CHIMIE ANNEXE 5 CHIMIE

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