Fiche de physique - chimie
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Sujet et correction Physique Chimie Bac 2016 STL Métropole

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CORRECTION BAC MÉTROPOLE
PHYSIQUE CHIMIE
STL BIOTECHNOLOGIES
MÉTROPOLE

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PARTIE I : IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE POUR UN PORTEUR D'IMPLANT COCHLÉAIRE

I.1. Fonctionnement d'un appareil à imagerie par résonance magnétique (IRM).

I.1.1Le champ magnétique appliqué par une bobine supraconductrice, met en oscillation les noyaux d'hydrogène présents dans l'eau du corps « petits aimants ».

L'antenne qui capte les ondes électromagnétiques émises

Le système de traitement de signal électrique pour constituer l'image.

I.1.2 Etant donné que la fréquence est proportionnelle au champ magnétique, on peut calculer le facteur de proportionnalité.

Ainsi : f = k. B
K= f/B = 42,58/1 = 42,58 MHz.T-1 .
La nouvelle fréquence à 1,5 T est : f = kB = 42,58*1,5 = 63,87 MHz.

I.1.3 On calcule la longueur d'onde corresponde à 1,5 T :
f = c/lambda
=> lambda = c/f = 3.108 / (63,87.106) environegal 4,7m
=> ondes radioélectriques (FM et TV)

I.1.4 Le matériau constituant la bobine est supraconducteur, sa résistance électrique est nulle et permet donc la circulation d'un courant d'intensité élevée. Et comme l'intensité du champ magnétique croît avec l'intensité du courant, ainsi la bobine supraconductrice permet d'avoir un champ magnétique intense.

I.1.5 Voir document réponse 1
L'intensité du champ magnétique de l'IRM est largement plus élevée (plus que 1000 fois) que les champs magnétiques courants.

I.2.Variations de l'intensité du champ magnétique autour de l'appareil IRM

I.2.1 Voir document réponse 2

I.2.2 Un Teslamètre

I.2.3 Dans le local de commande, l'intensité du champ magnétique est du même ordre de grandeur que le champ magnétique terrestre.

I.2.4 Voir document réponse 4.

PARTIE II : ALIMENTATION DE L'IMPLANT COCHLÉAIRE

II.1. Fonctionnement de la pile zinc-air

II.1.1. De E vers C en passant par le circuit électrique.

II.1.2. L'autre couple est O2/HO- .

II.1.3. On multiplie l'équation (1) par 2 pour avoir le même nombre d'électrons dans les deux équations. Puis on additionne les 2 équations colonne par colonne, on obtient l'équation : 2Zn
+ O2 = 2 ZnO.

L'eau et les HO- n'apparaissent pas dans l'équation globale.

II.1.4. Pour faire fonctionner cette pile, on utilise du Zinc et le dioxygène. Or le dioxygène vient de l'air. Ce qui justifie l'appellation Zinc-air.

II.2. Utilisation de la pile zinc air p675

II.2.1. On sait que Q = I*t

D'après document 7, Q = 570 mA.h = 570.10-3 Ah = 570.10-3 * 3600 C =2052 C

Ainsi, t = Q/I = 2052 /(8.10-3) = 256500 s 71,25 heures de fonctionnement.

II.2.2.
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II.2.3. Le Zinc est un réactif limitant parce que le dioxygène vient de l'air et ce dernier est inépuisable autour de la batterie. Et donc, à un moment donné, le Zinc sera consommé complètement.

II.2.4. D'après l'équation (1) :
n(Zn) = ½ n e = ½ * 0,0213 = 0,011 moles de Zinc
=> m(Zn) = n(Zn)*M(Zn) = 0,011 * 65,4 environegal 0,7 g

II.2.5. La masse de la pile usée sera supérieure à cause de dioxygène qui vient de l'air.

II.3. Aspects énergétiques de la pile zinc air p675.

II.3.1. (3) W = Q.U

II.3.2. Epile = W= Q*U = 2052 C * 1,45 V (document 7)
Epile = 2,98 .103 Joules (J)

II.3.3. D'après le document 8, l'énergie massique d'une pile est le rapport entre l'énergie de la pile (w.h) et sa masse en kg.

D'après II.3.2, Epile = 2,98 .10 3 J = (2,98.103 )/3600 =0,83 W.h

D'après document 7, la masse de la pile est 1,85 g.

Donc, Emassique = Epile / (1,85.10-3 ) = 448,6 Wh.kg-1.

Et donc cohérent avec le document 8.

II.3.4. La capacité de la pile p675 est plus importante que les autres piles, ce qui traduit une autonomie plus longue et plus confortable pour les utilisateurs.

PARTIE III : CONTRAINTES DE L'IMPLANT COCHLÉAIRE

III.1. A la surface de l'eau, la pression P slibre est égale à pression atmosphérique P 0 = 1 ,01.10 5 Pa.

III.2. Après avoir enlevé le processeur externe, oui il pourra pratiquer la natation.

III.3. On note le point B à la hauteur maximale et le point A à la surface de l'eau.

Au point B, PB = 5 atm. Au point A, PA = Patm

Ainsi, avec le principe de l'hydrostatique :

PB ? PA = rho*g*Hmax

=> H max = \frac{P_B-P_A}{\rho*g}=\frac{5.1,013.10^5-1,01.10^5}{1000.9,81}=41,34m

III.4. En nageant à 1,5 m de profondeur, le capsule va être soumis à une pression P :

P=rho*g*h = 1000*9,81*1,5 = 14715 Pa.

Or P = F/S
=> F = P*S

Calcul de S: S =pi.R2 = pi.(15.10-3)2 = 7,04.10-4 m2 .
=> F = 14715*7,07. 10-4 = 10,4 N

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