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analyse dimensionnelle

Posté par
djerem
01-08-11 à 10:11

bonjour et merci de m' accueillir sur votre forum.

pouvez vous m' aider à faire cet exercice de physique svp car je n' ai pas de cours et je n' ai jamais appris celà.

l' expression de la loi d' attenuation des photons ds la matiere est la suivante:
N (x) = N0.e^-ux
No represente le nombre de photons qui arrivent sur l' ecahntillon et N(x) le nb de photons que vous avez à une profondeur x (m) dans l' echantillon.

1. Determiner l' unite du coefficient d' attenuation u ( je pense que c en cm^-1 non ? )

2. ce coeff depend de plusieurs grandeurs reliees par la relation suivante: u= (ρ.NA.δ)/A
Avec la masse volumique ρ d' unite usuelle g/cm^3, le nb d' avogadro NA ( mol-1) et le nb de masse A d' unite usuelle g/mol
Determiner l' unuite usuelle de la section efficace microscopique δ.

3.Determiner en fonction de u l' expression litterale de l' epaisseur moitié d' un ecran, appelée X1/2, sachant que celle ci represente l' epaisseur d' ecran qu' il faut pour diviser par 2 le nb de photons N0 qui arrivent sur l' echantillon.

4. Pour les photons de 1 MeV le (u/ρ)air vaut 0,06 cm^2/gramme.
En prenant une masse volumique de l' air qui vaut 1,293mg/cm^3 , calculer l' epaisseur maoitie de l' air en metres.

Merci bcp

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 11:00

Bonjour,

La valeur de x (la profondeur) est-elle vraiment exprimée en mètres ?
Il me semblerait plus logique que ce soit en centimètres au vu du reste de l'énoncé.

Question 1 :
L'argument de l'exponentielle doit être un nombre sans dimension.
Si x est exprimé en centimètres alors u doit être en effet exprimé en cm-1

Question 2 :
Quelle est l'unité de (je suppose que c'est "sigma") pour que l'expression soit cohérente ("homogène") ?
u en cm-1
en g.cm-3
NA en mol-1
A en g.mol-1

Ecris une équation avec les unités...

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 12:59

merci pour votre reponse si rapide.

Le x est bien en metres en tout cas c ce que j' ai dans l' enoncé et pour le reste je n' ai rien d' autres. Tout ce dont je possede est ecrit, desolé.

Je ne vous ai pas aidé là je crois.

merci

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 15:40

Eh bien, si x est en mètre, quelle doit être l'unité de u ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 15:57

m-1 je pense mais en fait le -1 pourquoi ?

merci

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 18:14

Exact m-1 ou 1/m ce qui se lit "par mètre"

Alors maintenant : équation avec les unités !

Avec les symboles des grandeurs :

\large u\,=\,\frac{\rho \, \times \, N_A \,\times \, \sigma}{A}

Sachant que l'on mesure
en g/cm3 ou g.cm-3
NA en 1/mol ou mol-1
A en g/mol ou g.mol-1

avec quelle unité faut-il exprimer pour que le résultat u soit en m-1 ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 01-08-11 à 22:44

je suppose que l' unité est le m² mais je n' en suis pas sur

merci bcp et dsl d' avoir repondu tardivement

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 02-08-11 à 07:40

Ce n'est pas une devinette... Il faut une démonstration et ainsi tu pourras "être sûr" du résultat.

Il faut pouvoir écrire en respectant l'homogénéité que :

\large \sigma\,=\,\frac{u\,\times\,A}{\rho\,\times\,N_A}

D'un côté (membre de gauche de l'égalité) : unité inconnue à déterminer ;

de l'autre côté (membre de droite de l'égalité) : \Large  \frac{\frac{1}{m}\,\times\,\frac{g}{mol}}{\frac{g}{cm^3}\,\times\,\frac{1}{mol}}

Simplifie ce membre de droite, et tu devrais trouver...

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 02-08-11 à 10:02



δ = 1/m * g/mol-1 *mol-1/1 * cm3/g en simplifiant nous arrivons donc

δ = cm3/m donc δ = 10-6 m3/m et en simplifiant encore δ = 10-6 m²

c bien ça ?
Dsl pour la syntaxe je n' arrive pas à avoir les exposants

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 02-08-11 à 16:37

Pour bien écrire 10-6
Tu tapes 10-6
Tu sélectionnes les deux caractères -6
Tu cliques sur le bouton X2 qui se trouve en bas du cadre d'écriture, au-dessus de "POSTER"
Cela place des balises [sup][/sup] de part et d'autre de ces caractères -6, comme ceci 10[sup]-6[/sup]
Tu n'oublies pas de vérifier avec "Aperçu" avant de poster.
_______________

C'est cela. Il manque juste la toute dernière étape :

1.10-6 m2 = 1 mm2

Donc pour ne pas introduire de coefficient, il faut exprimer la "section efficace microscopique" en mm2

A toi pour la suite !

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 10:40

bonjour Coll et merci de ton aide

Là je bloque, je n' avance pas sur la question

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 10:50

Question 3 :

Traduction de l'énoncé.

N0 photons arrivent sur l'écran. Après une épaisseur x1/2 de l'écran le nombre de photons sera \large N(x_{1/2})\,=\,\frac{N_0}{2}

Quelle équation peux-tu écrire ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 11:30

Ils disent determiner en fonction de u
N (x1/2) = N0.e^-ux1/2

N0= N(x1/2)/2

N (x1/2) = N(x1/2)/2 . e^-ux1/2

Là je ne sais pas ou je vais lol

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 11:42

D'accord avec la première ligne :

\large N(x_{1/2})\,=\,N_0.e^{-u.x_{1/2}}

La deuxième ligne est fausse (il te suffisait de recopier celle que j'avais écrite) et donc la troisième ligne est fausse également.

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 11:56

ce n' est pas N0= N(x1/2)/2
mais plutot N0= N(x1/2).2

N0=N0.e^-ux1/2.2
donc 1/2=e^-ux1/2 je suis sur la bonne route là ?

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 12:01

Tout à fait, continue !
L'inconnue est x1/2 et tu as appris en terminale à résoudre ce type d'équation.

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 12:15

Je l' ai appris il y a longtemps et là je bloque ça craint

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 12:19

1/2= 1/e^ux1/2 peut etre mais apres il faut continuer

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 13:32

Difficile de progresser en physique sans quelques outils mathématiques.

\large N(x_{1/2})\,=\,N_0.e^{-u.x_{1/2}}\,=\,\frac{N_0}{2}

\large \frac{1}{2}\,=\,e^{-u.x_{1/2}}

\large \ln(\frac{1}{2})\,=\,-u.x_{1/2}

\large -\ln(2)\,=\,-u.x_{1/2}

\large x_{1/2}\,=\,\frac{\ln(2)}{u}

Voilà, en détaillant beaucoup chaque étape.
____________

Reste la question 4

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 14:24

Pour la 3. on a fini de la derterminer en fonction de u ?

je comprends le raisonnement mais je galere pour le faire

4.u/ρ=0.06 donc u=0.06*1.293 u=0.07758

x1/2= ln(2)/0.07758
x1/2=8.935 cm

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 17:57



Question 4 :

Tu as dû te rendre compte de l'importance des unités dans cet exercice (en réalité dans toute la physique appliquée).

x1/2 sera obtenu en mètres si u est en m-1 puisque ln(2) est un nombre sans dimension.

Il faut donc convertir les données pour obtenir u en m-1

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 19:10

Là je suis perdu avec les donnees

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 19:23

u/ est exprimé en cm2/g
est exprimé en mg/cm3

Il est délicat de multiplier ainsi u/ par sans prendre des précautions quant à la cohérence des unités.

Première étape conseillée :
exprimer en g/cm3

Quand on fera alors le produit de u/ en cm2/g par en g/cm3 dans quelle unité obtiendra-t-on u ?

Que faudra-t-il faire alors pour convertir u en m-1 ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 19:58

on aura u en cm-1 par contre que faire apres je ne sais pas
je dois y aller des que je reviens je m' y penche

merci en tout cas

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 03-08-11 à 20:22

Après... après, il faudra faire une conversion.

Suppose que l'on mesure une quantité et que l'on en trouve q par centimètre
Combien y en a-t-il par mètre ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:02

bonjour et encore merci de me soutenir et de m' aider

il faudra alors multiplier par 10<sup>-2</sup> non ?

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:11

En es-tu sûr ?

Mon petit-fils qui joue à côté de moi, s'amuse à aligner des lentilles le long d'une règle.

Il en place à peu près 2 par centimètre

q = 2 cm-1

Combien y en a-t-il par mètre ?

q = .. ? .. m-1

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:13

et bien 200 m-1

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:16

En effet !

Alors, maintenant tu as tout pour résoudre cette question 4

Tu reprends les messages depuis hier à 17 h 57
Que vaut u (en m-1)
et donc
que vaut x1/2 (en m)

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:37

il faut dejà que je convertir 1.293mg/cm3 en g/cm3 ce qui fait 0.01293 g/cm3
Là on peut calculer u=0.06*0.01293 u= 0.0007758cm-1 ce qui me donne le meme resultat si je le mets en m-1 ( u=0.07758 ) et la suite sera la meme alors je ne comprends pas. je dois faire une erreur qque part

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:43

1 mg c'est un milligramme

milli- est le préfixe pour un millième

donc 1 mg = 1.10-3 g

et 1,293 mg/cm3 = 1,293.10-3 g/cm3 ou, éventuellement, 0,001 293 g/cm3

Continue !

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 11:58

u=0.06*0.001293
u=0.00007758cm-1 ou u=7.758*10-5 cm-1
u=0.00758 m-1 ou 7.758*10-3 m-1

x1/2= ln(2)/0.00758
x1/2=89,346 m-1 et là comment je fais pour le mettre en m stp ?

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 12:07

\large x_{1/2}\,=\,\frac{\ln(2)}{u}

ln(2) est un nombre sans dimension (qui vaut 0,693 147 ... )

u est en m-1 ("par mètre")

Donc l'unité de x1/2 :

\large \frac{\,\ \,1\,\ \,}{m^{-1}}\,=\,\frac{\,\ \,1\,\ \,}{\frac{1}{m}}\,=\,m

x1/2 89,3 m

En quelle classe étais-tu l'année dernière ? En quelle classe entres-tu dans un mois ?

Posté par
djerem
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 12:15

En fait ça fait 10 ans que j' ai arrete les cours et là j' ai des devoir à rendre sauf qu' ils nous ont donne aucun cours
J' ai fait terminale s mais je ne me souviens plus de grand chose vu que je ne l' utilise pas au travail ni au quotidien

merci bcp pour cette aide

Posté par
Coll Moderateur
re : analyse dimensionnelle 04-08-11 à 12:29

Merci pour ta réponse.
Je te souhaite bon courage pour la reprise et je comprends que ce doit être difficile.
Tu as le forum qui peut t'être d'une grande aide. Il y a les fiches et il y a surtout les très nombreux problèmes posés et résolus. N'hésite pas !
____________

Je t'en prie et à une prochaine fois !



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