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Physique nucléaire

Posté par
AZERT
24-02-16 à 20:43

Bonjour, j'aurais besoin d'aide pour cet exercice SVP. Le voici :

Les physiciens Carl Von Weizsäcker Hans Bethe propose la réaction nucléaire suivante ayant lieu au coeur du Soleil :

p + p + p + p ----> He + 2e (positons) + 2 ve (neutrinos)


1/ Calculer l'énergie libérée par cette réaction nucléaire en joule puis en Mev.

2/ Calculer la perte de masse (delta)m en kg que subie le soleil chaque seconde

3/ L'âge du Soleil est estimé à environ 4,5 milliards d'années. Quelle masse a t-il perdue depuis qu'il rayonne ( en supposant que la puissance rayonnée est constante)

4/ Estimer la durée de vie du Soleil en année s'il continue de rayonner l'énergie au même rythme.

Données :

Masse (u) : proton = 1,0073 / He = 4,0026 / positon : 5,49*10^-4 / neutrino = 0
Masse Soleil = 2,0 * 10^30 kg
0 degrés celsius = 273,15 K
Puissance totale rayonnée par le Soleil dans l'espace : P=3,9 * 10^26 W
1 u = 1,66054 * 10^-27 kg
1 eV = 1,60218 * 10^-19 J
P (Watt) = E(joule) / t(seconde)


Je ne sais pas vraiment comment m'y prendre. Si vous pouviez  me donner des pistes ce serait super.

Posté par
quarkplus
re : Physique nucléaire 24-02-16 à 22:38

Bonjour,
Comme d'habitude dans ce type de problème , il faut faire le bilan de la réaction ,ici , vous avez les données en u .   Vous devez trouvez  une énergie libéré en u , à convertir en joule et eV  . De tête , cette réaction libère 27.8 MeV .

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 25-02-16 à 16:06

Ok merci.

Voici ce que j'ai fait :

E = | défaut masse | * c²

défaut masse = 4,0026 + 2*5,49 * 10^-4 - 4 *1,0073 = - 0,025502u

- 0,025502 * 1,66054 * 10^-27 = - 4,15 * 10 ^-29 kg

Donc, E = | 4,15 * 10^-29 | * (2,99793)² = 3,73 * 10^-12 J = 2,33*10^-25 MeV

Cela me paraît absolument improbable comme résultat, si vous pouviez me corriger svp.

Posté par
quarkplus
re : Physique nucléaire 25-02-16 à 16:16

Re,

J'ai   4.234709   au lieu de 4.15  chez vous .
donc  3.811238 10^-12  J
et après , vous faites mal la conversion - à l'envers sans doute .

Posté par
J-P
re : Physique nucléaire 25-02-16 à 16:28

1/

delta masse = 4,0026 + 2*5,49 * 10^-4 - 4 *1,0073 = - 0,025502u

= - 0,025502 * 1,66054 * 10^-27 = -4,2347.10^-29 kg

E = - 4,2347.10^-29  * (2,99793.10^8)² = -3,806.10^-12 J = - 23,76 MeV (Le - indique que c'est de l'énergie "donnée" par la réaction vers le monde extérieur.
.

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 25-02-16 à 16:50

D'accord,  merci bien à vous deux.

Du coup après pour la perte de masse, on divise la masse du soleil par cette énergie libérée ?

Soit : 2 * 10^24 / 3,806*10^-12 = 5,25 *10^17 J

Posté par
quarkplus
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 09:30

Non, vous divisez des  mg (?) par des J  , et vous trouvez des J  ????

On vous demande quelque chose  "  par seconde " .
Vous avez besoin de la puissance .

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 09:47

Donc on divise l'énergie libérée par la puissance ?

Posté par
quarkplus
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 10:30

On divise l'énergie libérée par le Soleil en 1 seconde  par l'énergie libérée par 1 réaction ,
on trouve un nombre de réactions dont on connaît la perte de masse par réaction .
on trouve la perte de masse totale par seconde .

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 13:58

Quelqu'un pourrait-il m'aider svp ?

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 14:14

Ok, donc on fait :

3,9 * 10^26 / 3,802 * 10^-12 = 1,026 * 10^14 réactions par sec

4,234709*10^-29 * 1,026 * 10^14 = 4,3448 * 10^-15 kg perdus par sec

Donc pour savoir la masse perdue par le soleil depuis qu'il rayonne, on multiplie le résultat par 4,5 milliards d'années. Soit 1,42 * 10^17 secondes (86400 s/jour, 86400*365,25=31557600 sec/année)

4,3448 * 10^-15 * 1,42*10^17 = 616,9616 kg

Au vu du résultat je pense avoir  faux...

Posté par
J-P
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 15:01

Tu as de gros problèmes avec les opérations nécessitant des puissances de 10, tu oublies des parenthèses et donc tu te plantes.

Energie libérée par le Soleil en 1 s :  E = P * t = 3,9 * 10^26 * 1 = 3,9 * 10^26 J

Energie libérée par 1 réaction p + p + p + p ----> He + 2e (positons) + 2 ve (neutrinos) : 3,806.10^-12 J

Nombre de réactions p + p + p + p ----> He + 2e (positons) + 2 ve (neutrinos) nécessaire chaque seconde : N = 3,9 * 10^26/(3,806.10^-12) = 1,02.10^38

Masse perdue par le soleil pour 1 réaction p + p + p + p ----> He + 2e (positons) + 2 ve (neutrinos)  : m = 4,2347.10^-29 kg

Masse perdue par le soleil en 1 s : M = 4,2347.10^-29 * 1,02.10^38 = 4,34.10^9 kg
-----
Nombre de secondes contenues dans 4,5 milliards d'années : n = 4,5 * 10^9 * 365,25 * 24 * 3600 = 1,42.10^17 s

Masse perdue par le soleil depuis qu'il rayonne : M' = 4,34.10^9 * 1,42.10^17 = 6,2.10^26 kg

Sauf distraction.  

Posté par
quarkplus
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 15:03

1 10^26 / 1 10^-12 =  .....

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 17:17

Merci bien. Cela fait 110*10^14

Donc pour estimer la durée de vie du Soleil s'il continueà rayonner ainsi :

2*10^30 / 4,34*10^9 = 4,84*10^20 secondes

Durée de vie en années : 4,84*10^20/31557600 = 1,53*10^13 années

Posté par
J-P
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 18:12

Pour la question 4, ce n'est pas cela du tout ... c'est un peu plus subtil.

4/

Toute la masse du Soleil n'aura pas disparu lorsque le Soleil sera "épuisé"

De l'équation p + p + p + p ----> He + 2e (positons) + 2 ve (neutrinos) on voit que :

masse de p + p + p + p = 4 * 1,0073 = 4,0293 u
alors que le |delta m| = 0,025502 u

Donc, la proportion de la masse qui se "transforme" en énergie est de 0,025502/4,0293 = 0,0063

--> Au moment de son "extinction" totale, le Soleil aura perdu une masse de 2,0 * 10^30 * 0,0063 = 1,27.10^28 kg

Comme la masse perdue en 4,5 milliards d'années a été calculée à 6,2.10^26 kg, la vie totale du Soleil est d'environ : 4,5 * 1,27.10^28/6,2.10^26  = 92 milliard d'années.

Donc sa durée de vie, comptée à partir de maintenant serait de 92 - 4,5 = 87,5 milliard d'années.
---------------------
Hors sujet de cet exercice ??? :

CEPENDANT, les réactions thermonucléaires dans le Soleil ne pourront pas se poursuivre jusque épuisement de son H sans que ...

On estime qu'il pourra seulement "consommer" 10 % de sa masse avant que de devoir puiser l'hydrogène dans l'enveloppe extérieur de son noyau et que ...

Voir quelques explications ici :

Donc, le Soleil va encore briller comme maintenant (ou presque) pendant 92 * 0,1 - 4,5 = 4,7 milliard d'années (Mais ce n'est pas ce qui est demandé par l'énoncé ... sauf si une donnée a été oubliée).

Sauf distraction.  

Posté par
AZERT
re : Physique nucléaire 26-02-16 à 18:30

Merci beaucoup pour vos aides .



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