Pour s'entraîner

Un électron d'un atome d'hélium se situe au niveau excité E_{2} d'énergie -21\text{,}4 eV. Il peut alors être arraché ou redescendre au niveau fondamental E_{1}. L'énergie d'ionisation de cet atome est de 24\text{,}6 eV. L'ion \mathrm{He}^{+} est supposé avoir une énergie nulle.

1. L'énergie du niveau fondamental E_{1} est :

a. -24\text{,}6 eV.

b. +24\text{,}6 eV.

c. 0 eV.

d. 42 eV.

2. La formule de la longueur d'onde du photon associée à l'absorption de la transition E_{2} vers E_{1} est :

a. \lambda=\dfrac{h \cdot c}{|E_{2}-E_{1}|}.

b. \lambda=\dfrac{|E_{2}-E_{1}|}{h \cdot c}.

c. \lambda=\dfrac{h}{|E_{2}-E_{1}| \cdot c}.

d. 42.

1. Identifier le domaine auquel appartient chaque longueur d'onde du spectre théorique.

2. Calculer l'énergie (en eV) associée à la radiation jaune de longueur d'onde \lambda_{\text{J}}=589\text{,}0 nm.

3. Déterminer les niveaux d'énergie de la transition correspondant à l'émission de la radiation jaune.

4. Quelle différence observe-t-on si on compare le spectre théorique simplifié du sodium et le spectre expérimental ? Proposer une explication.

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1. Justifier l'appartenance à un domaine.
2. Écrire l'expression de l'énergie E.
2. Calculer l'énergie dans l'unité demandée.
3. Identifier les niveaux d'énergie impliqués dans la transition. Justifier.
4. Analyser l'observation expérimentale en lien avec la théorie : similitude/différence.
4. Faire une réponse structurée et argumentée.

✔ REA : Respecter les règles de sécurité

La lumière noire, ou lumière de Wood, est utilisée en médecine ou pour la détection des faux billets. L'ambiance qu'elle crée est aussi appréciée en soirée. La lumière est générée avec une lampe à vapeur de mercure dans une ampoule en verre de Wood, qui ne laisse passer que les radiations comprises entre 315 et 400 nm.

1. À quel domaine appartiennent les radiations de la lumière noire ? Citer une source naturelle.

2. Calculer l'intervalle d'énergie que peut produire cette lumière.

3. Quelle précaution faut-il prendre pour observer une telle source de lumière ? Sinon, quels sont les risques ?

Depuis son invention en 1960, le laser à gaz hélium-néon (\text{He}-\text{Ne}) est utilisé dans de nombreux domaines, du bricolage au disque optique.
Dans une ampoule contenant un mélange de gaz (\text{He}/\text{Ne}), on excite les atomes d'hélium à l'aide d'une décharge électrique (1 kV). Ils transmettent leur énergie aux atomes de néon par collision. Ces derniers se désexcitent en émettant des radiations de longueur d'onde notée \lambda_{\mathrm{R}}.


1. Doc. 1 Quelle longueur d'onde est susceptible d'être émise ? Justifier. On la note \lambda_{\mathrm{R}} par la suite.

2. Doc. 1 Après avoir expliqué les symboles alphanumériques 1s², 2p⁶, etc., 5s, donner la configuration électronique de l'atome d'hélium et du néon.

3. Expliquer pourquoi ce processus n'engendre qu'un nombre limité de radiations.

4. Quelle relation relie la longueur d'onde \lambda_{\mathrm{R}} et sa période T_{\mathrm{R}} ? Calculer sa valeur numérique.

5. Donner l'expression de la fréquence notée \nu_{\mathrm{R}} en fonction de sa période. Calculer sa valeur.

6. Déterminer la valeur de l'énergie E_{\mathrm{R}} en joule (J), puis en électron-volt (eV), associée à la transition.

7. On peut considérer le niveau d'énergie 5s comme référence en posant son énergie égale à 0 eV. Pourquoi n'est-ce pas gênant dans les calculs de variations d'énergie ?

8. En déduire alors, de manière relative, les niveaux d'énergie 4p et 3p de l'atome de néon.

9. Représenter, sans souci d'échelle, les niveaux d'énergie précédents sur un diagramme.

10. Indiquer la transition à l'origine de l'émission laser.

11. Le néon peut-il émettre un photon d'énergie de 2 eV ?