L'interaction lumière-matière

La lumière : onde ou particules ? - Physique-Chimie Spécialité

Exercice 1 : Calculer le niveau d'énergie correspondant à une raie de Balmer du spectre de l'hydrogène

Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène sont donnés par la formule :

E_{n} = \frac{- 13, 6}{n^{2}} e V

Données :

- Constante de Planck : $h = 6, 6261 \times 10^{- 34} J \cdot s$
- Célérité de la lumière dans le vide : $c = 2, 9979 \times 10^{8} m \cdot s^{- 1}$
- $1$ $e V = 1, 602 \times 10^{- 19} J$

Calculer l’énergie du niveau

n = 4

.
On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

,
=
+
-
\times
\div
\left(\right)
_{}
^{}
\sqrt{}

\frac{}{}
\pi
\int_{}^{}
\overrightarrow{}
\overline{}
%
\left({}\right)!

\leq
\geq
\lt
\gt
\approx

\cursiveS
\cursiveC
\cursiveA
\cursiveV

\left(\right)
\lcrcbrack{}
\lobrackcparen{}

\N
\Z
\D
\Q
\R
\R^{\star}

\infty
\emptyset
\cup
\cap
\setminus
\in
\notin

\lcrcbrack{}
\lorobrack{}
\lorcbrack{}
\lcrobrack{}
\lcrcbrace{}

€
\$
°
Ω
m^2
m^3

\slash
km \slash h
m \slash s

\cdot
m \cdot s^{-1}

x
y
\alpha
\beta
\gamma
\theta
\lambda
\sigma
\mu

U_n
V_n
u_n
v_n
u_{}
v_{}
\mapsto

\longrightarrow
\rho
\rightleftharpoons
\Delta

Le spectre d’hydrogène possède des raies visibles appelées raies de Balmer.
Elles correspondent à l’émission d’un photon d’un niveau donné vers le niveau

n = 2

.
On relève expérimentalement une de ces raies de longueur d’onde

λ = 657 n m

.
Calculer l’énergie

Δ E

du photon correspondant.

On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

,
=
+
-
\times
\div
\left(\right)
_{}
^{}
\sqrt{}

\frac{}{}
\pi
\int_{}^{}
\overrightarrow{}
\overline{}
%
\left({}\right)!

\leq
\geq
\lt
\gt
\approx

\cursiveS
\cursiveC
\cursiveA
\cursiveV

\left(\right)
\lcrcbrack{}
\lobrackcparen{}

\N
\Z
\D
\Q
\R
\R^{\star}

\infty
\emptyset
\cup
\cap
\setminus
\in
\notin

\lcrcbrack{}
\lorobrack{}
\lorcbrack{}
\lcrobrack{}
\lcrcbrace{}

€
\$
°
Ω
m^2
m^3

\slash
km \slash h
m \slash s

\cdot
m \cdot s^{-1}

x
y
\alpha
\beta
\gamma
\theta
\lambda
\sigma
\mu

U_n
V_n
u_n
v_n
u_{}
v_{}
\mapsto

\longrightarrow
\rho
\rightleftharpoons
\Delta

En déduire dans quel niveau d’énergie l’atome se trouvait avant l’émission de ce photon.
On donnera en réponse uniquement la valeur de $n$ .

,
=
+
-
\times
\div
\left(\right)
_{}
^{}
\sqrt{}

\frac{}{}
\pi
\int_{}^{}
\overrightarrow{}
\overline{}
%
\left({}\right)!

\leq
\geq
\lt
\gt
\approx

\cursiveS
\cursiveC
\cursiveA
\cursiveV

\left(\right)
\lcrcbrack{}
\lobrackcparen{}

\N
\Z
\D
\Q
\R
\R^{\star}

\infty
\emptyset
\cup
\cap
\setminus
\in
\notin

\lcrcbrack{}
\lorobrack{}
\lorcbrack{}
\lcrobrack{}
\lcrcbrace{}

€
\$
°
Ω
m^2
m^3

\slash
km \slash h
m \slash s

\cdot
m \cdot s^{-1}

x
y
\alpha
\beta
\gamma
\theta
\lambda
\sigma
\mu

U_n
V_n
u_n
v_n
u_{}
v_{}
\mapsto

\longrightarrow
\rho
\rightleftharpoons
\Delta

Exercice 2 : Calculer l'énergie, la fréquence et la longueur d'onde d'un photon émis ou abosorbé par un atome

On considère le diagramme des niveaux d'énergie de l'atome W, donné ci-dessous.

Données

Constante de Planck : $h = 6, 626 \times 10^{- 34} J \cdot s$
Célérité de la lumière dans le vide : $c = 2, 998 \times 10^{8} m \cdot s^{- 1}$
$1 eV = 1, 602 \times 10^{- 19} J$

Calculer l’énergie du photon correspondant à une transition de l’atome W du niveau d’énergie

E_{0}

vers le niveau d’énergie

E_{1}

.
On donnera le résultat en Joules, avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

S'agit-il d'une absorption ou d'une émission ?

Calculer la fréquence du rayonnement correspondant.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Calculer sa longueur d’onde dans le vide.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

À quel domaine du spectre électromagnétique appartient ce rayonnement ?

Exercice 3 : Calculer le niveau d'énergie correspondant à une raie de Balmer du spectre de l'hydrogène

Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène sont donnés par la formule :

E_{n} = \frac{- 13, 6}{n^{2}} e V

Données :

- Constante de Planck : $h = 6, 6261 \times 10^{- 34} J \cdot s$
- Célérité de la lumière dans le vide : $c = 2, 9979 \times 10^{8} m \cdot s^{- 1}$
- $1$ $e V = 1, 602 \times 10^{- 19} J$

Calculer l’énergie du niveau

n = 2

.
On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

Le spectre d’hydrogène possède des raies visibles appelées raies de Balmer.
Elles correspondent à l’émission d’un photon d’un niveau donné vers le niveau

n = 2

.
On relève expérimentalement une de ces raies de longueur d’onde

λ = 409 n m

.
Calculer l’énergie

Δ E

du photon correspondant.

On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

En déduire dans quel niveau d’énergie l’atome se trouvait avant l’émission de ce photon.
On donnera en réponse uniquement la valeur de $n$ .

Exercice 4 : Calculer l'énergie, la fréquence et la longueur d'onde d'un photon émis ou abosorbé par un atome

On considère le diagramme des niveaux d'énergie de l'atome Tl, donné ci-dessous.

Données

Constante de Planck : $h = 6, 626 \times 10^{- 34} J \cdot s$
Célérité de la lumière dans le vide : $c = 2, 998 \times 10^{8} m \cdot s^{- 1}$
$1 eV = 1, 602 \times 10^{- 19} J$

Calculer l’énergie du photon correspondant à une transition de l’atome Tl du niveau d’énergie

E_{2}

vers le niveau d’énergie

E_{4}

.
On donnera le résultat en Joules, avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

S'agit-il d'une absorption ou d'une émission ?

Calculer la fréquence du rayonnement correspondant.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Calculer sa longueur d’onde dans le vide.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

À quel domaine du spectre électromagnétique appartient ce rayonnement ?

Exercice 5 : Calculer le niveau d'énergie correspondant à une raie de Balmer du spectre de l'hydrogène

Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène sont donnés par la formule :

E_{n} = \frac{- 13, 6}{n^{2}} e V

Données :

- Constante de Planck : $h = 6, 6261 \times 10^{- 34} J \cdot s$
- Célérité de la lumière dans le vide : $c = 2, 9979 \times 10^{8} m \cdot s^{- 1}$
- $1$ $e V = 1, 602 \times 10^{- 19} J$

Calculer l’énergie du niveau

n = 5

.
On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

Le spectre d’hydrogène possède des raies visibles appelées raies de Balmer.
Elles correspondent à l’émission d’un photon d’un niveau donné vers le niveau

n = 2

.
On relève expérimentalement une de ces raies de longueur d’onde

λ = 433 n m

.
Calculer l’énergie

Δ E

du photon correspondant.

On donnera le résultat en $e V$ , avec 3 chiffres significatifs.

En déduire dans quel niveau d’énergie l’atome se trouvait avant l’émission de ce photon.
On donnera en réponse uniquement la valeur de $n$ .

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