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Partie
C.
Le
téléphone mobile.
Maurice souhaite comprendre la signification des caractéristiques et le
fonctionnement de son téléphone mobile. C'est un smartphone,
quadri-bande (850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz et 1900 MHz), disposant d'une
coque munie d’une batterie et d’un panneau solaire photovoltaïque.
Calculer
la longueur d'onde l de l'onde
électromagnétique porteuse si sa fréquence vaut f = 1820 MHz du
téléphone mobile.
On donne la célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00×108
m.s-1.
l
= c / f = 3,00×108
/ (1820 x106) =0,165 m.
Indiquer à
quel domaine du spectre électromagnétique appartient ce rayonnement.
Justifier le fait que certains scientifiques disent qu'une utilisation
prolongée du téléphone mobile peut s'accompagner d’effets indésirables.
Une exposition prolongée du cerveau, en particulier de personnes
jeunes, aux micro-ondes peut s'accompagner d'effets indésirables.
Quel
est, d'après l'annexe C2, le nom
de l'opérateur téléphonique de Maurice.
La fréquence 1820 MHz est allouée à l'opérateur Orange.
À
partir du document réponse DR6, préciser ce que représente les
indications 5,5 V / 120 mA figurant sur la documentation du panneau
solaire.
5,5 V est la tension aux bornes du panneau solaire en circuit
ouvert ; 120 mA est l'intensité du courant de court-circuit..
À
partir de la caractéristique tension-intensité U = f(I) du panneau
solaire, préciser la zone où le panneau solaire se comporte comme un
générateur de tension.
Dans la zones n°1 la tension est pratiquement constante : le panneau
solaire se comporte en générateur de tension.
Dans
quelle zone le panneau solaire fournit-il une puissance maximale Pmax.
Justifier la réponse et estimer la valeur de Pmax.
Le produit UI doit être le plus grand possible, ce qui correspond à la
zone 2.
Pmax = 5*0,110 = 0,55 ~0,5 W.
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La combustion du butane.
Pour chauffer de l'eau en vue de préparer un thé ou un café, Maurice
prévoit d'emporter avec lui un réchaud à gaz qui utilise une cartouche
de gaz contenant du butane sous pression. Il souhaite savoir quelle
masse d'eau pourrait être chauffée avec une cartouche neuve.
Rappeler
les risques d'utilisation de la cartouche de gaz.
Le butane est un gaz inflammable sous pression.
Écrire
l'équation de la réaction de combustion complète du butane C4H10 dans le
dioxygène, s'il se forme uniquement du dioxyde de carbone et de la
vapeur d'eau.
C4H10(g) + 6,5O2(g)
---> 4 CO2(g) + 5 H2O(l).
Calculer
l'énergie maximale Q que peut fournir tout le butane contenu dans une
cartouche de gaz. Expliquer pourquoi on peut s'attendre à une énergie
utile Q' inférieure à Q. Une cartouche de gaz contient 190
g de butane.
L'enthalpie de combustion du butane est égale à 49,51 MJ / kg.
Q =49,51*0,190 =9,41 MJ.
Q' sera inférieure à Q car une partie de cette énergie sert à chauffer
le récipient contenant l'eau ainsi que l'air environnant.
Calculer
la masse maximale d'eau m qu'il pourra chauffer de 15 °C à 100 °C avec
le réchaud muni d’une cartouche de gaz neuve (pleine).
Données numériques : la capacité thermique massique de l'eau vaut c =
4,2 kJ.kg-1.°C -1, ce qui
signifie que pour augmenter de 1 °C la températ ure d'1 kg d'eau (sans
changement d'état), il faut fournir une énergie de 4,2 kJ.
Q = m c Dq
; m = Q /(c Dq)
= 9,41 106 /(4,2 103(100-15))=26,4
~26 kg..
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D. La santé et l'hygiène.
Le rayonnement ultraviolet (UV).
Ayant une peau très sensible au soleil, Maurice choisit de se protéger
efficacement, tout en ayant un comportement éco-responsable quant au
choix de sa protection solaire. Il vous demande de lui
fournir des informations et des explications concernant le rayonnement
solaire et les différents types de crèmes solaires disponibles sur le
marché.
Calculer l'énergie E1 d'un photon de longueur
d'onde l1
= 350 nm (dans le vide) et préciser le domaine dans lequel se
situe le rayonnement correspondant et s'il est visible.
On rappelle que l'énergie transportée par un photon vaut E = h.n, où h = 6,63.10-34
J.s (constante de Planck), n
désigne la fréquence en Hz.
La célérité de la lumière dans le vide, c, vaut 3,0.108
m.s-1.
E1 = hc / l1
= 6,63 10-34 *3,00 108 /
(350 10-9) =5,68 10-19 J.
350 nm est une longueur d'onde appartenant au domaine ultra-violet,
rayonnement invisible.
Calculer
l'énergie E2 d'un
photon de longueur d'onde l2 = 300 nm
(dans le vide).
E2
= hc / l2
= 6,63 10-34 *3,00 108 /
(300 10-9) =6,63 10-19 J.
D'après
les calculs précédents, et pour une même intensité du rayonnement,
indiquer en justifiant la réponse, lequel de ces rayonnements semble, a
priori, le plus nocif.
Un rayonnement est d'autant plus nocif que sa fréquence est plus grande
( que sa longueur d'onde est plus courte ).
L'annexe D2, modifie-t-elle le jugement apporté à la question
D3. Justifier la réponse.
| Effets biologiques | UVA | UVB | | Production de vitamine D | faible | oui | | Bronzage avec épaissement de l'épiderme | faible | oui
| | Pigmentation immédiate de la peau ( sauf phototypes I et II ) | oui | non | | Coup de soleil | faible | oui | | Dommage à l'ADN | oui | oui | | Cancers cutanés | oui | oui | | Vieillessement cutané | oui | oui | | Effet sur l'oeil ( cataracte...) | oui | oui |
300 nm appartient aux UVB et 350 nm aux UVA.
Le tableau ci-dessus indique que ces deux types de rayonnements présentes des dangers pour la santé.
Maurice s'interroge quant à la crème solaire à utiliser pour protéger
la peau des rayonnements. Il souhaiterait utiliser de préférence une crème solaire "bio" dont
l'impact sur l'environnement serait
minime. L'annexe D3 reproduit un extrait de presse sur les crèmes
solaires.
Les
crèmes solaires minérales dites "bio" qui agissent comme un écran
physique : elles contiennent de fines particules ( ZnO, TiO2,
talc...) qui réfléchissent les UV. Par le passé, ces crèmes étaient
très difficiles à étaler, mais actuellement, l'utilisation de
nanoparticules ( dont l'innocuité est contestée...) corrige ce défaut.
Les
crèmes solaires organiques qui agissent comme un filtre chimique :
elles contiennent des molécules organiques ( oxybenzone...) qui
absorbent les UV, tout comme la mélanine produite ( avec un retard
génant...) par notre organisme. Elles sont faciles à étaler sur la
peau, incolores, mais sont ensuite difficiles à éliminer dans les
stations d'épurations et dangereuses en cas d'ingestion.
Expliquer la différence de mode d'action entre
les deux types de crèmes solaires et indiquer si la préférence de Maurice est justifiée.
Les crémes minérales agissent comme un écran réfléchissant les UV. Les crèmes organiques agissent en absorbant les UV.
Le choix de Maurice n'est pas justifié : on n'est pas certain de l'innocuité des nanoparticules.
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