Najah.
Mon plan de révision⚡ Défi flash

Physique · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

Transformations nucléaires

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

  • Composition du noyau : Un noyau est noté ${}_Z^A X$, où $A$ est le nombre de nucléons et $Z$ le numéro atomique.
  • Défaut de masse : $\Delta m = [Z \cdot m_p + (A-Z) \cdot m_n] - m(X)$. Il est toujours positif.
  • Énergie de liaison : $E_l = \Delta m \cdot c^2$. Elle représente la stabilité du noyau.
  • Stabilité : Plus l'énergie par nucléon $\frac{E_l}{A}$ est grande, plus le noyau est stable.
  • Réaction nucléaire : Lors d'une réaction ${}_Z_1^A_1 X_1 + {}_Z_2^A_2 X_2 \rightarrow {}_Z_3^A_3 X_3 + {}_Z_4^A_4 X_4$, il y a conservation de $A$ et $Z$ (Lois de Soddy).
  • Énergie libérée : $E_{lib} = | \Delta E | = | \sum m_{produits} - \sum m_{réactifs} | \cdot c^2$.

Méthodes à maîtriser

  • Calculer $\Delta m$ avec précision (utiliser au moins 5 chiffres après la virgule).
  • Convertir les unités : $1 , u = 931,5 , MeV/c^2$.
  • Utiliser la calculatrice pour les puissances de 10 lors du calcul de $E = \Delta m \cdot c^2$.
  • Vérifier systématiquement la conservation de $A$ et $Z$ dans une équation.

Exemples corrigés

  • Calcul d'énergie : Pour ${}_2^4 He$, si $\Delta m = 0,0304 , u$, alors $E_l = 0,0304 \times 931,5 \approx 28,3 , MeV$.
  • Équation : ${}_1^2 H + {}_1^3 H \rightarrow {}_2^4 He + {}_0^1 n$. On vérifie : $2+3 = 4+1$ (A) et $1+1 = 2+0$ (Z).

Erreurs fréquentes

  • Oublier la valeur absolue dans le calcul de l'énergie libérée (l'énergie est toujours positive).
  • Confondre $m_p$ (proton) et $m_H$ (atome d'hydrogène) dans le calcul du défaut de masse.
  • Ne pas convertir les unités de masse en $kg$ si on utilise $c = 3 \cdot 10^8 , m/s$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Transformations nucléaires

1/4

La valeur du défaut de masse est toujours :

❓ Questions fréquentes

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

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

Est-ce que la masse se conserve dans une réaction nucléaire ?
  1. Non, la masse totale des réactifs est différente de la masse totale des produits.
  2. C'est cette "perte" de masse qui est convertie en énergie.

💡 À retenir : La masse ne se conserve pas, mais l'énergie totale (masse + énergie) se conserve.

Wach l'neutron 3ndo charge ?
  1. Non, l'neutron (n) est neutre.
  2. Son numéro atomique $Z=0$ et son nombre de masse $A=1$.

💡 À retenir : ${}_0^1 n$.

Qu'est-ce que le défaut de masse ?
  1. Le défaut de masse est la différence entre la somme des masses des nucléons isolés au repos et la masse du noyau formé.
  2. Il est dû à la conversion d'une partie de la masse en énergie lors de la formation du noyau.

💡 À retenir : $\Delta m = Z \cdot m_p + (A-Z) \cdot m_n - m_{noyau} > 0$.

Kifach n7seb l'énergie libérée mn l'ktla ?
  1. 7seb l'far9 dyal l'ktla bin l'moukawinat li kharja (produits) o li dakla (réactifs) : $\Delta m = \sum m_{produits} - \sum m_{réactifs}$.
  2. Dreb had l'far9 f $c^2$ (awla f 931,5 ila kant l'ktla b $u$).
  3. L'énergie libérée $E_{lib}$ hiya l'valeur absolue dyal had l'ta9a.

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

Est-ce que tous les noyaux sont stables ?
  1. Non, les noyaux sont stables seulement si les forces nucléaires fortes compensent la répulsion électrostatique entre protons.
  2. Les noyaux instables se désintègrent spontanément (radioactivité) ou subissent des transformations pour atteindre un état plus stable.

💡 À retenir : La stabilité est liée à l'énergie de liaison par nucléon $\frac{E_l}{A}$.

Chno hiya l'far9 bin l'fission o l'fusion ?
  1. L'fission : n-nawat t9ila (bhal l'uranium) kat9ssam l'jouj nawat khfaf b'tathir d'neutron.
  2. L'fusion : jouj nawat khfaf (bhal l'hydrogène) kaytjam3o bach y3tiw nawat wa7da t9ila.

💡 À retenir : Les deux réactions libèrent une grande quantité d'énergie.

Pourquoi on utilise MeV au lieu de Joules ?
  1. Le Joule est une unité trop grande pour les échelles atomiques.
  2. Le $MeV$ (mégaélectron-volt) est plus pratique car les énergies nucléaires sont de l'ordre de quelques $MeV$.

💡 À retenir : $1 , eV = 1,6 \cdot 10^{-19} , J$.

Kifach n3ref wach n-nawat stable wla la ?
  1. 7seb l'énergie de liaison par nucléon : $\frac{E_l}{A}$.
  2. 9arnha m3a n-nawat lokhrin.
  3. Ila kant kbira, n-nawat katkon mzyana (stable).

💡 À retenir : Plus $\frac{E_l}{A}$ est élevée, plus le noyau est stable.

Qu'est-ce que la loi de Soddy ?
  1. C'est la loi de conservation du nombre de nucléons ($A$) et du numéro atomique ($Z$) lors d'une réaction nucléaire.
  2. La somme des $A$ des réactifs est égale à la somme des $A$ des produits.
  3. La somme des $Z$ des réactifs est égale à la somme des $Z$ des produits.

💡 À retenir : $\sum A_{réactifs} = \sum A_{produits}$ et $\sum Z_{réactifs} = \sum Z_{produits}$.

Le défaut de masse peut-il être négatif ?
  1. Non, par définition, la masse des nucléons séparés est toujours supérieure à la masse du noyau lié.
  2. Si le calcul donne un résultat négatif, il y a une erreur dans l'application de la formule.

💡 À retenir : $\Delta m$ est toujours positif.

Quelle est la relation entre El et E{lib} ?
  1. $E_l$ est l'énergie nécessaire pour séparer un noyau.
  2. $E_{lib}$ est l'énergie dégagée lors d'une réaction nucléaire.
  3. Elles sont toutes deux calculées via la variation de masse ($\Delta m \cdot c^2$).

💡 À retenir : Ce sont deux applications de la relation d'Einstein $E=mc^2$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

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

  1. Calculer la variation de masse $\Delta m$ en $u$.
  2. Calculer l'énergie libérée $E_{lib}$ en $MeV$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

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

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Une centrale nucléaire produit une puissance $P = 1000 , MW$. Chaque réaction de fission libère $200 , MeV$. Calculer le nombre de noyaux fissionnés par seconde.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Physique pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Physique