11/11/2013 Devoir01_12_11_2013_corr.doc 1/3
Le 12/11/2013 Page : 1 / 3 Devoir n°1 – Correction Spécialité T
aleS
I. Un semi-conducteur lumineux voire très lumineux (10 points) Extraire et exploiter des informations (Documents 1 à 6) 1. Conduction dans les semi-conducteurs
1.1. Les semi-conducteurs ont des propriétés de conductivité électrique intermédiaires entre celles des conducteurs et des isolants.
1.2. Cette conductivité est assurée par des électrons et les trous (espaces laissés libres par les électrons qui se déplacent) au sein du matériau.
1.3. La conductivité d’un semi-conducteur peut être augmentée par dopage P (augmentation du nombre de trous) et par dopage N (augmentation de dopage N).
2. Diodes
2.1. DEL signifie diode électroluminescente et sa traduction anglaise LED signifie Light Emitting Diode.
2.2. Une jonction PN ne conduit pas naturellement le courant car le déplacement des électrons et des trous proches de la frontière PN crée une barrière infranchissable pour les autres.
2.3. Pour que la jonction PN conduise le courant, il faut fui appliquer une tension.
2.4. Cela se traduit sur la caractéristique pour l’existence d’une tension seuil.
2.5. Lors d’une polarisation inverse, la jonction PN ne conduit pas le courant.
3. Pour conclure
3.1. Une DEL est un semi-conducteur car elle est formée d’une jonction PN.
3.2. Une DEL émet de la lumière si elle est branchée en polarisation directe et que la tension à ses bornes est supérieure à une tension dite tension seuil.
4. La DEL très haute luminosité
4.1. L’utilité du « radiateur » dans ce montage est de dissiper l’énergie thermique dégagée par refroidissement avec l’air.
4.2.
4.3. En prolongeant la partie linéaire de la caractéristique pour la LED « blanc froid », la tension dite de « seuil » Useuil est égale à 11V. Au delà de cette valeur l’intensité est différente de zéro.
4.4. ELED (en kWh) = puissance (kW) durée (h) = (20 10-3) kW 12h/jour 300 jours = 72 kWh Eampoule (en kWh) = (125 10-3) kW 12h/jour 300 jours = 450 kWh
R
V COM
COM A
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4.5. Coût énergétique pour la DEL = (20 10-3) kW 36 000 h 0,1329 €/kWh = 95,69 €
Il faut rajouter le coût de la DEL et de l’alimentation soit 18€. Au total, coût (DEL) = 113,69 € Coût énergétique pour l’ampoule = (125 10-3) kW 36 000 h 0,1329 €/kWh = 598,05 €
Il faut rajouter le coût des ampoules soit 36000/1000 = 36 ampoules. Au total, coût (ampoule) = 670,05 € Le bénéfice réalisé pour l’installation de la LED haute luminosité à la place d’une ampoule à incandescence de 125 W au bout de 36 000 h est de 670,05 € - 113,69 € = 556,36 €
II. Etude de la fabrication d’un ponton en milieu marin (4 points)
Questions Réponses Documents
1) La corrosion des piliers métalliques est la même sur toute leur hauteur. Non □ 3 2) La quantité de dioxygène est identique sur toute la hauteur du pilier métallique. Non □ 2 3) La corrosion est la plus importante à la base du pilier métallique. Non □ 3 4) La température moyenne a une influence sur la perte d’épaisseur d’acier au cours du
temps. Oui □ 4
5) L’équation d’oxydoréduction associée à la corrosion humide peut être écrite :
Fe(s) + H2O 2 HO-(aq) + Fe2+(aq) Non □ 1
6) Un pilier métallique perd 0,2 mm d’épaisseur au bout de 5 ans en présence d’une
atmosphère humide et polluée. Oui □ 4
III. Corrosion et protection des métaux (6 points)
1. Exploitation de l’expérience réalisée dans la boîte de Pétri (1) 1.1. La coloration bleue sur la tête et la pointe du clou indique la
formation d’ions fer (II) Fe2+(aq) .
La coloration rose dans la partie centrale du clou indique la formation d’ion HO –(aq).
1.2. Demi-équation électronique traduisant la transformation du métal fer aux extrémités du clou :
Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e – (oxydation) 1.3. Équation de la réaction d’oxydoréduction :
Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e – ( 2) (oxydation)
O2 (dissous) + 2 H2O (l) + 4 e – = 4 HO – (aq) (réduction) 2 Fe(s) + O2 (dissous) + 2 H2O (l) = 2 Fe2+(aq) + 4 HO – (aq) 1.4. Sur une zone anodique se produit une oxydation.
Sur une zone cathodique se produit une réduction.
Coloration bleue
Coloration rose
Zone d'oxydation Zone anodique Figure 1
Clou
Tête
Zone de réduction Zone cathodique
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2. Exploitation de l’expérience réalisée dans la boîte de Pétri n°2 2.1. La coloration blanche traduit la formation d’ions
zinc (II) Zn2+(aq) selon l’oxydation suivante : Zn (s) = Zn2+(aq) + 2 e – (oxydation) Le métal zinc est donc oxydé.
L’absence de la coloration bleue montre que le fer n’a pas été oxydé.
2.2. Les blocs de zinc fixés sur la coque en acier des bateaux évitent l’oxydation du fer contenu dans l’acier.
Le métal zinc est oxydé à la place de l’acier de
la coque et cela assure une bonne protection de la coque du bateau.
2.3.
2.3.1 La tension mesurée par le voltmètre est UZn-acier = VZn – Vacier . Or cette tension est négative donc VZn < Vacier.
En admettant que l’association {coque en acier, eau de mer, bloc de zinc} forme une pile et sachant qu’au potentiel le plus haut est associé la borne positive de la pile on a la polarité suivante :
- la borne positive est la coque en acier - la borne négative est le bloc de zinc.
2.3.2 Les électrons sont émis par le bloc de zinc (borne négative de la pile) qui est alors oxydé à la place du fer contenu dans l’acier. La protection de la coque est ainsi assurée.
I
1.1 1 2
/30 1.2 1 2
1.3 1 2 2.1 1 2 2.2 1 2 2.3 1 2.4 1 2.5 1 3.1 1 3.2 1 2 4.1 1
4.2 1 2 3 4 4.3 1 2
4.4 1 2
4.5 1 2 3 4 5
II
1 1 2
/12 2 1 2
3 1 2 4 1 2 5 1 2 6 1 2
III
1.1 1 2
/18 1.2 1 2
1.3 1 2 3 1.4 1 2 3 2.1 1 2 2.2 1 2 2.3.1 1 2 2.3.2 1 2
TOTAL : ... /60
NOTE : ... /20
Coloration blanche
Coloration rose
Lame de zinc
