terminale S Devoir surveillé n°1 mercredi 19/09/2018

Ex. 1. Eruptions solaires

Des perturbations dues aux éruptions solaires sont ressenties sur la haute atmosphère terrestre et le proche environnement spatial. Ces perturbations sont dues au rayonnement électromagnétique et aux particules chargées constituant le vent solaire. Les rayons X et ultraviolets parviennent au niveau de l'orbite terrestre huit minutes après un événement et perturbent les télécommunications radioélectriques. Les protons solaires atteignent la Terre une heure environ après l'éruption; ils peuvent créer des anomalies dans le fonctionnement du matériel embarqué à bord des satellites et éroder les panneaux solaires. Enfin, un flux constitué principalement d'ions et d'électrons arrive en moyenne deux jours après l'éruption et déclenche des orages géomagnétiques (aurores polaires).

La distance Terre-Soleil est de 150×106  km, la vitesse de la lumière est c = 300000 km/s

Exploiter le texte et document en annexe pour répondre aux questions suivantes.

1. Associer les noms des 2 rayonnements électromagnétiques cités dans le texte aux domaines de longueurs d’ondes indiqués par les accolades sur le document en annexe. Voir document en annexe.

2. Quelles sont les particules émises par les éruptions solaires ? Les particules émises par les éruptions solaires sont des protons, des ions et électrons

3. Justifier l’indication « Les rayons X et ultraviolets parviennent au niveau de l'orbite terrestre huit minutes après un événement… ». Les rayons X et les ultraviolets sont des ondes électromagnétiques et se propagent à la vitesse de la lumière

c = 3,00.108 m.s–1. La durée du parcours entre le Soleil et la Terre est donc

donc en minutes :

4. Indiquer si les effets des rayons X sont ressentis sur Terre ou en haute atmosphère. Justifier. Les effets des rayons X sont essentiellement ressentis en haute atmosphère car l'atmosphère les absorbe comme on peut le voir sur le document en annexe. Ces rayons sont cependant suffisamment pénétrants pour produire des effets ressentis dans les perturbations des ondes radioélectriques en altitude essentiellement.

5. Justifier la position des capteurs permettant d'étudier l’essentiel des ondes radio. Les capteurs permettant de les étudier peuvent être placés au niveau du sol puisque l'atmosphère n’absorbe pas celles dont la longueur d’onde est comprise entre environ 10–2 et 10 m.

Ex.2. Un séisme dans le Jura

Le 23 février 2004, un séisme de magnitude 5,1 selon le Réseau National de Surveillance Sismique s'est produit à Roulans (dans le département du Doubs), à 20 km au nord-est de Besançon. Ce séisme a été ressenti très largement en dehors du Doubs dans tout l'est de la France, en Suisse et dans le nord-ouest de l'Allemagne, sans faire de victimes ni de dégâts significatifs. Lors d'un séisme, des ondes traversent la Terre. Elles se succèdent et se superposent sur les enregistrements des sismomètres. Leur vitesse de propagation et leur amplitude sont modifiées par les structures géologiques traversées. C'est pourquoi les signaux enregistrés sont la combinaison d'effets liés à la source, aux milieux traversés et aux instruments de mesure. Parmi les ondes sismiques, on distingue : - les ondes P ou ondes primaires, qui sont des ondes de compression ou ondes longitudinales ; leur célérité vp vaut en moyenne vp = 6,0 km.s

– 1. - les ondes S ou ondes secondaires, appelées également ondes de cisaillement ou ondes transversales ; leur célérité vs vaut en moyenne vs = 3,5 km.s

– 1.

1. Etude d’un sismogramme L'écart entre les dates d'arrivée des ondes P et S renseigne, connaissant la célérité des ondes, sur l'éloignement du lieu où le séisme s'est produit. Le document 1 en annexe présente un extrait de sismogramme relevé dans une station d'enregistrement après le séisme du 23 février de Roulans. On notera t0 la date correspondant au début du séisme, date à laquelle les ondes P et S sont générées simultanément. 1.1. En utilisant des informations du texte introductif, associer, sur le document en annexe à chaque signal observé sur

le sismographe, le type d'ondes détectées (ondes S ou ondes P). Justifier. Les vitesses indiquées dans le texte permettent de comprendre que les ondes P sont plus rapides que les ondes S. Ce sont donc les ondes P qui sont captées les premières : ondes « primaires ».

Doc. 1a

Ex.3. Nomenclature en chimie organique

Soient les molécules organiques suivantes :

3-méthylbutan-2-ol acide 3-méthylpentanoïque butan-2-amine

1. Représenter les formules topologiques des molécules.

2. Entourer pour chaque molécule les groupes caractéristiques et indiquer à quelle classe fonctionnelle (ou famille chimique) elles appartiennent. Voir ci-dessus.

3. Proposer un nom à la molécule en a) et compléter les noms des molécules en b) et c). Voir ci-dessus.

1.2. Relever sur ce document les dates d'arrivée des ondes S et P à la station d'enregistrement notées respectivement ts et tp. On peut alors relever graphiquement les dates de réception des 2 types d’ondes : ts = 18h31min20s et tP = 18h31min15s.

1.3. Soit d la distance qui sépare la station d'enregistrement du lieu où le séisme s'est produit. Exprimer la célérité notée vS des ondes S en fonction de la distance d parcourue et des dates ts et t0.

La vitesse des ondes est calculée par :

1.4. On peut montrer que la distance d peut être calculée par la relation :

.

Que représente ? Calculer d. représente le retard des ondes S par rapport aux ondes P au niveau de la station d’enregistrement ;

2. À propos des séismes

2.1. A partir de l'épicentre, les ondes sismiques se propagent-elles dans une direction privilégiée ?

Les ondes se propagent dans toutes les directions offertes et donc ici dans tout le volume de l’écorce terrestre et donc pas dans une direction privilégiée.

2.2. Que transportent les ondes sismiques au cours de leur propagation ? Comme toutes les ondes, les ondes sismiques se propagent sans transport de matière. Par contre elles transportent de l'énergie.

2.3. À propos des ondes P, le texte évoque des ondes longitudinales. Définir une onde longitudinale. Une onde est longitudinale si la direction de propagation de l'onde est parallèle à la direction de la perturbation. Les ondes P sont longitudinales car ce sont des ondes de compression.

2.4. Pourquoi le texte donne-t - i l les valeurs moyennes pour les célérités des ondes sismiques ? Les ondes S ou P ne traversent pas des milieux homogènes au cours de leur propagation. La vitesse de propagation (ou célérité) des ondes S ou P dépend de la nature des milieux.

CH3 CH CH2

CH3NH2c)

OH C CH2 CH CH3

CH2 CH3Ob)

CH3 CH CH CH3

CH3 OHa)

OHa)

alcool

OH

Ob)

acide carboxylique

NH2

c)

amine

Ex. 4. Chimie et absorption

Une solution contenant une molécule de 4-dimethylaminocinnamaldehyde dont la nomenclature officielle est le 3-[4-(dimethylamino)phenyl]prop-2-ènal (voir ci-contre) à la concentration c = 1,42x10–2 mol.L–1 possède le spectre reproduit en annexe.

Donnée : numéros atomiques des atomes H : Z=1 ; C : Z=6 ; N : Z=7 ; O : Z=8.

1. Etude du nom et de la formule de la molécule

1.1. Donner la formule brute puis représenter la formule semi-développée de cette molécule. La formule brute de la molécule est : C11H13NO et sa formule semi-développé est :

1.2. Justifier que cette molécule puisse appartenir à la famille (ou classe fonctionnelle) des aldéhydes. Donner le nom du groupe caractéristique. 3-[4-(dimethylamino)phenyl]prop-2-ènal : la terminaison "-al" permet d'identifier la présence d'un groupe carbonyle

C

O

H

H

, en bout de chaîne, caractéristique des aldéhydes.

1.3. En exploitant le nom de la molécule, identifier les deux autres familles chimiques avec lesquelles on peut trouver un lien. Justifier en entourant et légendant les « groupes caractéristiques » sur la formule semi-développée.

Les deux autres familles chimiques sont celle des amines d'où le nom "amino" : 3-[4-(dimethylamino)phenyl]prop-2-ènal et celle des alcènes (double liaison C=C sur le carbone n°2) d'où la terminaison "èn…" : 3-[4-

(dimethylamino)phenyl]prop-2-ènal. 1.4. Identifier sur la formule semi développée le carbone n°3. Justifier sa numérotation.

Les atomes de carbone de la molécule sont numérotés à partir du carbone fonctionnel du groupe carbonyle en bout de chaîne. On en déduit la situation du carbone n°3 (ce qui est cohérent avec la position de la double liaison décrite précédemment): voir la formule semi-développée.

2. Etude du spectre d'absorption

2.1. La spectroscopie d'absorption est-elle pour l'essentiel réalisée dans domaine des ondes électromagnétiques visibles ? Préciser. L’essentiel du spectre obtenu se situe en dehors du domaine visible : λ

nom, prénom : ………………………………………………………………………………………………………………

Annexe DS n°1

Ex. 1. Eruptions solaires

Ex.2. Un séisme dans le Jura.

Ex. 3. Chimie et absorption

Rayons X UV

IR ondes radio

visible

P S