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Du macroscopique au microscopique
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Comment passer du macroscopique au microscopique ?
1. Quels sont les différents ordres de grandeur ?
Qu'est-ce qu'un ordre de grandeur ?
Lorsque l'on s'intéresse à l'infiniment grand ou à l'infiniment petit, il est plus simple de manipuler des ordres de grandeur plutôt que des nombres. De plus, le calcul d'ordre de grandeur permet de trier les phénomènes entre eux (on pourra ainsi en négliger certains par rapport à d'autres).Un ordre de grandeur est une fourchette de valeurs. Il permet de représenter de façon simplifiée et synthétique une grandeur physique.
Par exemple, un ordre de grandeur de 1 m correspond à un objet d'une longueur comprise entre 10 cm et 10 m.
Pour écrire un ordre de grandeur, il faut :
- mettre la grandeur sous forme de notation scientifique ;
- donner la puissance de 10 supérieure pour une valeur supérieure ou égale à 5 et inversement.
Exercice n°1
Quels sont les préfixes des unités ?
Pour exprimer la mesure d'une grandeur, on peut utiliser des préfixes multiplicateurs.
Que peut-on dire sur le macroscopique (dimension > 1 mm) ?
On peut citer de nombreux ordres de grandeur.
Que peut-on dire sur le microscopique ?
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2. Que vaut le nombre d'Avogadro (ou constante d'Avogadro) ?
Historique
En 1827, Brown observe le mouvement erratique des grains de pollen à la surface de l'eau. Il pense tout d'abord que ce mouvement est dû à la vie, mais il constate qu'on observe le même phénomène avec des poussières minérales.En 1888, Gouy note que le mouvement est d'autant plus vif que les particules sont petites. De plus, le mouvement est plus actif dans les fluides les moins visqueux et à plus haute température. Mais, surtout, le mouvement ne s'arrête jamais.
En 1905, Einstein, qui voulait trouver une preuve expérimentalement vérifiable de l'existence de molécules de taille bien définie, réalise des travaux sur le mouvement brownien.
En 1908, Jean Perrin, qui est un partisan de la théorie atomiste, voulut vérifier les prédictions d'Einstein. Il démontre un accord entre la théorie et l'expérience, ce qui confirme le bien-fondé des hypothèses atomiques et moléculaires. Il va également mesurer la constante d'Avogadro.
Quelle est la définition du nombre d'Avogadro ?
Il y a deux échelles d'observation de la matière : l'échelle macroscopique, dont les dimensions sont perceptibles par l'homme, et l'échelle microscopique, qui est l'échelle des « corpuscules » individuels.Une quantité macroscopique de matière contient donc un très grand nombre de corpuscules.
On choisit un nombre appelé nombre d'Avogadro, comme référence : ce n'est pas une constante universelle, mais il permet de passer d'une échelle à l'autre.
Par convention, le nombre d'Avogadro NA est le nombre d'atomes de carbone 12 contenu dans une masse de 12 g de carbone 12.
Une mole est la quantité de matière d'un système qui contient autant d'entités individuelles qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12.
1 mole d'entités correspond à NA atomes, c'est-à-dire que NA = 6,022137 × 1023 mol −1.
Exercice n°3 Courtes Manches Orange Polo Homme Doublure À Carreaux lFK1TJc Exercice n°4
3. Comment visualiser les atomes et les molécules ?
Tout d'abord, il faut noter que l'on ne peut pas voir directement les atomes : les longueurs d'onde du rayonnement visible sont trop grandes pour l'échelle atomique.
Qu'est-ce qu'un microscope électronique à haute résolution ?
Le principe du microscope électronique a été mis au point en 1931. Ces microscopes utilisent des faisceaux d'électrons dont la longueur d'onde est de l'ordre du picomètre (donc inférieure aux dimensions de l'atome). La résolution est de l'ordre de 0,1 nm. Par contre, les images que l'on obtient ne sont pas explicites et doivent être interprétées avec un support théorique.Leezeshaw FemmeVêtements Accessoires Jupe Tailleur Et KulTc31FJQu'est-ce qu'un microscope à effet tunnel ?
Le microscope à effet tunnel fut inventé en 1981. Une pointe (nanométrique) assez fine pour détecter les creux et les bosses se déplace sur la surface (conductrice ou semi-conductrice) à observer. Elle permet ainsi de reconstituer le « paysage » atomique grâce aux informations recueillies par un phénomène physique appelé effet tunnel. Grâce à ce microscope, on a pu manipuler un à un les atomes.
Principe de fonctionnement : on déplace une pointe ultrafine au-dessus d'une surface. Un système maintient constante la distance de la pointe à la surface. La force exercée sur la pointe est enregistrée.
Principe de fonctionnement : on déplace une pointe ultrafine au-dessus d'une surface. Un système maintient constante la distance de la pointe à la surface. La force exercée sur la pointe est enregistrée.
On trace alors une courbe par balayage puis le graphique final.
Si on admet que chaque bosse correspond à un atome, on peut faire la correspondance du graphique avec le modèle.
Le document suivant a été obtenu par microscopie électronique (effet tunnel). Il représente les atomes d'un cristal de silicium.
On détermine alors simplement la taille d'un atome. Elle est de l'ordre de 1010 m.
Ce qui est attendu…
- Savoir extraire et exploiter des informations sur un dispositif expérimental permettant de visualiser les atomes et les molécules.
- Savoir utiliser la constante d'Avogadro.
- Savoir évaluer des ordres de grandeur relatifs aux domaines microscopique et macroscopique.
Les ordres de grandeur sont très utilisés pour estimer des données. Quels sont ceux qui sont justes dans le système international ?
Cochez la (ou les) bonne(s) réponse(s).
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Si le nombre de clous est , cela correspond à , soit un ordre de grandeur de . La proposition a) est donc fausse.
Si la masse de la tour Eiffel est , cela correspond à , soit . D'où un ordre de grandeur de . La proposition b) est juste.
Si le champ a une surface de , cela correspond à . D'où un ordre de grandeur de . La proposition c) est donc fausse.
Si la hauteur de l'immeuble est , cela correspond à , qui correspond à un ordre de grandeur de . La proposition d) est fausse.
Si le nombre d'élèves dans ce département est , cela correspond à . Soit un ordre de grandeur de . La proposition e) est juste.
Si la masse de la tour Eiffel est , cela correspond à , soit . D'où un ordre de grandeur de . La proposition b) est juste.
Si le champ a une surface de , cela correspond à . D'où un ordre de grandeur de . La proposition c) est donc fausse.
Si la hauteur de l'immeuble est , cela correspond à , qui correspond à un ordre de grandeur de . La proposition d) est fausse.
Si le nombre d'élèves dans ce département est , cela correspond à . Soit un ordre de grandeur de . La proposition e) est juste.
Le nombre d'Avogadro est une grandeur très utilisée en sciences. Il permet de relier le monde microscopique au monde macroscopique.
Mais que peut-on en dire de plus ?
Mais que peut-on en dire de plus ?
Cochez la (ou les) bonne(s) réponse(s).
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L'ordre de grandeur d'une quantité est la puissance de 10 qui s'en rapproche le plus. Donc la proposition a) donnée est fausse.
Le nombre d'Avogadro permet de faire la correspondance entre un nombre d'entités et une mole. Il est par conséquent, le nombre d'entités par mole. La proposition b) est juste.
Dans un litre d'eau, il y a un peu plus de 55 mol de molécules, il ne peut donc y avoir un ordre de grandeur proche du nombre d'Avogadro (1024Porte Femme Femme Porte Jarretelles Porte Romantique Femme Jarretelles Romantique Jarretelles Romantique W2E9DIYH). La proposition c) est fausse.
À l'échelle microscopique, on peut comptabiliser les atomes, molécules… En revanche, à l'échelle macroscopique, on utilise un comptage différent (la mole) car le nombre d'atomes est bien trop grand. La proposition d) est juste.
Le nombre d'Avogadro permet de faire la correspondance entre un nombre d'entités et une mole. Il est par conséquent, le nombre d'entités par mole. La proposition b) est juste.
Dans un litre d'eau, il y a un peu plus de 55 mol de molécules, il ne peut donc y avoir un ordre de grandeur proche du nombre d'Avogadro (1024Porte Femme Femme Porte Jarretelles Porte Romantique Femme Jarretelles Romantique Jarretelles Romantique W2E9DIYH). La proposition c) est fausse.
À l'échelle microscopique, on peut comptabiliser les atomes, molécules… En revanche, à l'échelle macroscopique, on utilise un comptage différent (la mole) car le nombre d'atomes est bien trop grand. La proposition d) est juste.
La distance entre la Terre et le Soleil est 1,49 × 108 km en moyenne. Sachant que le volume moyen d'un grain de sable est de l'ordre de 0,05 mm3, combien de grains de sable mis bout à bout pour aller de la Terre au Soleil ?
On donne le volume d'une sphère (où R est le rayon) : .
On donne le volume d'une sphère (où R est le rayon) : .
Cochez la bonne réponse.
Il faut dans un premier temps calculer le diamètre d'un grain de sable :
Avec la relation , on en tire R.
.
Soit : .
Le diamètre d'un grain de sable est donc .
Le nombre de grains de sable à mettre bout à bout pour parcourir la distance moyenne Terre-Soleil s'obtient donc en faisant simplement le rapport entre la distance Terre-Soleil et le diamètre d'un grain de sable : 3 × 1014 grains.
Les deux pièges de cet exercice sont d'avoir pris soin de convertir le volume en 3 × 1014 grains et de penser à multiplier par 2 pour obtenir le diamètre.
On peut constater qu'on est encore très loin du nombre d'Avogadro.
Avec la relation , on en tire R.
.
Soit : .
Le diamètre d'un grain de sable est donc .
Le nombre de grains de sable à mettre bout à bout pour parcourir la distance moyenne Terre-Soleil s'obtient donc en faisant simplement le rapport entre la distance Terre-Soleil et le diamètre d'un grain de sable : 3 × 1014 grains.
Les deux pièges de cet exercice sont d'avoir pris soin de convertir le volume en 3 × 1014 grains et de penser à multiplier par 2 pour obtenir le diamètre.
On peut constater qu'on est encore très loin du nombre d'Avogadro.
Dans 300 g de bougie, quel est l'ordre de grandeur du nombre de molécules de paraffine (matière constituant les bougies) ?
On donne : ;
On donne : ;
Cochez la bonne réponse.
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Il faut dans un premier temps chercher la quantité de matière contenue dans 300 g de bougie. Ensuite, en déduire le nombre de molécules de paraffine connaissant la quantité de matière. Et enfin il faudra évaluer l'ordre de grandeur.
Cherchons la quantité de matière contenue dans 300 g de bougie : .
Soit numériquement = 0,938 mol.
Il faut ensuite calculer le nombre de molécules N :
soit numériquement .
Comme 5,65 > 5, alors l'ordre de grandeur du nombre de molécules est .
Cherchons la quantité de matière contenue dans 300 g de bougie : .
Soit numériquement = 0,938 mol.
Il faut ensuite calculer le nombre de molécules N :
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Comme 5,65 > 5, alors l'ordre de grandeur du nombre de molécules est .
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