I. Solutions basiques

1. L'hydroxyde de sodium

2. Solution d'hydroxyde de sodium

3. Électrolyse de la solution d'hydroxyde de sodium

3.1 Expérience

3.2 Interprétation

II. Propriétés liées à l'ion hydroxyde

1. Action sur les indicateurs colorés

Remarques

3. Action sur l'acide chlorhydrique

III. Exemples d'autres bases

1. Hydroxyde de potassium

2. Hydroxyde de calcium

3. Ammoniaque

EXERCICE2

 Les bobines du secteur primaire et secondaire d'un transformateur de laboratoire possèdent $N_{1}=500$ et
$N_{2}=125$ spires. Les tensions efficaces mesurées sont $U_{1} =12.40V$ et $U_{2} =3.08V$
1.1. Calculer le rapport de transformation $m$ du transformateur.
1.2. Celui-ci est-il abaisseur et élévateur de tension ?
1.3. Que signifie les $4$ grandeurs de la relation ?
1.4. La bobine de $125$ spires est conservée au secondaire.
Calculer le nombre de spires de la bobine constituant la bobine du primaire pour obtenir un rapport de
transformation de $2.0$

EXERCICE3

3.1. La tension de sortie de l'alternateur d'une centrale électrique est élevée au moyen d'un transformateur
dont la plaque signalétique prote les indicateurs : $98 MVA /11.5 kV/136 kV/ 50Hz$
3.1.1. Que représente ces valeurs ?
 $98 MVA$ : ....................................................................................................
$11.5 kV$ : ......................................................................................................
$136 kV$ : .......................................................................................................
$50 Hz$ : ........................................................................................................
 3.1.2 Calculer le rapport de transformation m. Celui-ci est-il élévateur ou abaisseur de tension ? Quel est sa fonction ?
3.1.3. Calculer les intensité's $I_{1}$ et $I_{2}$
3.2. Pour chaque situation, indiquer si le transformateur est élévateur ou abaisseur de tension et calculer son rapport de transformation.
 3.2.1. Un poste de transformation électrique est passé de $20kV$ à $400 V$
3.2.2. Un poste de transformation électrique est passé de $230V$ à $23 kV$
Électricité
 
Pylône électrique près d'une centrale nucléaire (©photo)

À RETENIR
•    Un courant électrique est généré par le déplacement de charges électriques dans un matériau conducteur. Le courant est dit « continu » lorsque des électrons se déplacent dans une même direction au sein de ce conducteur et « alternatif » quand leur mouvement alterne entre un sens et un autre.
•    L’électricité est aujourd’hui utilisée pour l’éclairage, le chauffage mais aussi pour alimenter un nombre croissant d'appareils électroniques.
•    L'électricité est difficilement stockable en grande quantité et à des coûts abordables. Cette question du stockage est centrale dans le développement des énergies renouvelables intermittentes.
•    Une puissance électrique est mesurée en watts $(W)$ et ses multiples $(kW, MW, GW, TW)$ tandis que
        qu'une quantité d'électricité produite ou consommée pendant une période donnée est mesurée en
wattheures $(Wh)$ ou ses multiples $(kWh, MWh, GWh, TWh)$.

Sommaire

•    Définition et catégories
•   Fonctionnement
•    Enjeux
•    Acteurs majeurs
• Unités et chiffres clés
• Passé et présent
• Futur

Définition et catégories
L’électricité est un phénomène électromagnétique créé par l’interaction de particules présentes dans la matière qui sont chargées positivement ou négativement et dont les effets peuvent être utilisés pour générer de l’énergie.
La matière est composée d’atomes constitués d’un noyau central formé de protons et de neutrons. Les protons ont une charge positive et les neutrons, comme leur nom l’indique, sont neutres et n’ont pas de charge. Autour du noyau de l’atome gravitent plusieurs électrons qui ont une charge négative.
Normalement, dans un atome, la charge négative des électrons et la charge positive des protons sont de même grandeur. L’atome est alors électriquement neutre. Cependant, dans certaines conditions, un électron peut quitter l’atome ou s’y ajouter. Ainsi les électrons peuvent circuler dans la matière et créer un courant électrique, ou peuvent s’accumuler en certains endroits et créer de l’électricité statique.
L’électricité est une énergie secondaire ou un vecteur d’énergie.
L’électricité ne se perçoit que par ses effets parmi lesquels figurent certaines manifestations naturelles comme les éclairs. Aujourd’hui, l’électricité est utile à chaque aspect de notre vie quotidienne. Nous nous en servons pour manger, nous déplacer, nous éclairer et nous soigner.
L’électricité est une énergie secondaire ou un vecteur d’énergie car elle est générée à partir de la transformation d’une énergie primaire au moyen d’un système de conversion. Une énergie primaire est une énergie directement disponible dans la nature comme les énergies fossiles, la géothermie, le rayonnement solaire, le vent ou encore la biomasse. Par exemple, la combustion du charbon (énergie primaire) est utilisée dans une centrale thermique pour produire de l’électricité (énergie secondaire).
Fonctionnement technique ou scientifique
Les propriétés de l’électricité permettent de comprendre le fonctionnement de ce phénomène pourtant invisible à l’œil nu.
L’électricité statique
Lorsque l’on frotte une règle en plastique sur du papier, les électrons superficiels des atomes du papier rejoignent les atomes de la règle. Les charges électriques sont alors piégées dans des matériaux isolants (le plastique, le papier, le verre, etc.) qui les empêchent de circuler. Ce phénomène est appelé électricité statique. Il peut se manifester très rapidement lorsque l’on touche la règle par un léger choc électrique. Il s’agit du même phénomène lorsqu’ayant marché sur une moquette, on touche la poignée d’une porte.
La quantité d’électricité statique produite n’est pas suffisante pour être industrialisée et satisfaire nos besoins énergétiques habituels.
L’électricité dynamique
Dans ce cas, les charges électriques ne sont pas piégées dans des matériaux isolants. A l’aide d’un fil conducteur, les électrons se déplacent et un courant électrique est créé.
Le courant électrique
Un courant électrique est généré à partir de l’électricité dynamique. Les charges électriques se déplacent dans un matériau conducteur. Les métaux, l’eau salée ou bien le corps humain sont de bons conducteurs. Le courant est dit continu lorsque les électrons se déplacent dans un conducteur dans une même direction. Le courant alternatif correspond au mouvement des électrons qui alterne entre un sens et un autre. Ce mouvement de va-et-vient des charges électriques est produit entre autres par la rotation d’un alternateur.
Enjeux par rapport à l'énergie
Le stockage de l'électricité
•    L’électricité est difficilement stockable en quantité suffisante et à des coûts abordables pour satisfaire nos besoins énergétiques. Les solutions directes requièrent des conducteurs « sans résistance » appelés supraconducteurs dans lesquels il est théoriquement possible de faire circuler sans perte l’électricité que l’on souhaite stocker. Ces matériaux actuellement disponibles à de très faibles températures de l'ordre de quelques degrés Kelvin sont réservés à des applications particulières et pour de faibles quantités.
Les solutions indirectes ne fournissent que des solutions partielles, onéreuses et souvent locales (batteries d’accumulateurs, power-to-gas, air comprimé qu’on détend ensuite, eau relevée entre deux barrages, etc.).
•    La production d’électricité doit donc être continue afin de répondre aux consommations du moment. Or, la consommation d’électricité varie selon les moments de la journée. Il faut par conséquent être capable d’ajuster la production d’électricité à la consommation.
L’utilisation de la très haute tension permet de limiter les pertes en ligne.
Le transport de l'électricité
•    L’électricité se transporte facilement et rapidement. Des lignes électriques livrent l’électricité depuis la centrale électrique jusqu’aux zones de consommation. Le transport de l’électricité à l’échelle nationale est principalement assuré en très haute tension à 400 000 volts via des lignes aériennes dites d’interconnexion.
Des opposants se manifestent de plus en plus fréquemment pour demander leur disparition du champ visuel, ce qui est toujours coûteux et parfois techniquement presque impossible. A l’échelle régionale ou locale, le transport est assuré en haute tension (225 000 et 63 000 volts essentiellement) via des lignes qui, elles, peuvent  être enterrées.
•    L’utilisation de la très haute tension permet de limiter les pertes en ligne dues à l’effet Joule (dégagement de chaleur) ou aux effets électromagnétiques (effets capacitifs entre la ligne et le sol). Les pertes énergétiques dans les lignes à haute tension sont proportionnelles aux distances parcourues par le courant électrique.
La distribution d'électricité
•    Les réseaux de distribution livrent directement l’électricité chez les consommateurs finaux. Les lignes électriques sont à une tension de 20 000 volts, augmentant la déperdition énergétique unitaire mais sur de courtes distances. Des postes de transformation sont placés à l’interconnexion des réseaux de transport et de distribution.
•    Certains moyens de production d’électricité décentralisés (éoliennes, panneaux photovoltaïques chez un particulier) peuvent être directement raccordés au réseau de distribution et ne passent pas par le réseau de transport. On parle de production locale pour cette raison.
Lors du transport et de la distribution d’électricité, le courant est le plus souvent triphasé. Il y a trois câbles conducteurs par circuit pour optimiser l’acheminement de l’électricité et minimiser les pertes en lignes.
Acteurs majeurs
Les acteurs majeurs sont principalement des sociétés de production ou de transport dont les États sont souvent actionnaires à l'image d'EDF en France. Cependant, ils contrôlent toujours les activités via des lois et règlements nationaux.
Des pays comme la Norvège, le Brésil et le Canada génèrent l'essentiel de leur électricité grâce à l'hydroélectricité.
En $2015$, les pays consommant le plus d’électricité dans le monde sont la Chine $(4 921 TWh)$, les États-Unis $(3 848 TWh)$, l'Inde (1 027 TWh), le Japon $(921 TWh)$, la Russie $(870 TWh)$ et l’Allemagne (521 TWh)(1). La France a consommé près de 475 TWh en 2015 selon les données de RTE.
Les États-Unis, le Japon et l’Allemagne utilisent encore en grande partie des énergies fossiles pour produire leur électricité tandis que la France produit près de 75% de son électricité à partir d'énergie
 nucléaire. Des pays comme la Norvège, le Brésil et le Canada génèrent l'essentiel de leur électricité grâce à l'hydroélectricité.
Au niveau industriel, EDF est le plus grand producteur mondial d'électricité avec $619,3 TWh$ générés en $2015(2)$.
Unités de mesure et chiffres clés
•    Tension électrique : mesurée en volt $(V)$, elle permet de déterminer la concentration de charges électriques dans un matériau.  Elle peut être comparée à la pression de l’eau dans un tuyau lorsque le robinet est fermé.
•    Intensité du courant électrique : traduite en ampère $(A)$, elle permet de mesurer le débit des électrons dans le conducteur, à l’image du débit d’eau qui sort du robinet.
•    Puissance électrique : mesurée en watt ou plus couramment en kilowatt ($kW$, soit $1 000 W$) ou mégawatt ($MW$, soit $1 000 kW$), elle permet de déterminer la quantité d’énergie transmise et se mesure par le produit de la tension et de l’intensité. La puissance électrique peut être associée à la puissance du jet d’eau lorsqu’il sort du robinet.
•    Energie électrique : elle permet d’évaluer la quantité d'électricité produite ou consommée pendant une période donnée. Elle se mesure principalement en kilowattheure $(kWh)$, en mégawattheure ($MWh$ ou $1 000 kWh$), en gigawattheure ($GWh$ ou $1 000 000 kWh$) et en térawattheure ($TWh$ ou $1 000 000 000 kWh$). Il s’agit du nombre de $kW$ multiplié par le nombre d’heures d’utilisation.
Passé et présent
La maîtrise de l’électricité s’est développée au XIXe siècle (notamment avec l’ampoule à incandescence de Thomas Edison) et a entraîné la seconde révolution industrielle. L’électricité est d’abord utilisée à des fins industrielles (moteurs et chauffage des pièces) et d’aménagement du territoire (transport et éclairage public). Peu à peu, l’électricité entre dans les foyers et, multipliant ses usages domestiques, révolutionne les habitudes et le rythme de vie.
Vecteur énergétique indispensable à notre mode de vie, l’électricité est aujourd’hui utilisée pour l’éclairage, le chauffage mais aussi pour alimenter de nombreux appareils que nous utilisons tous les jours. Couplée à l’électronique, l’électricité est un remarquable vecteur énergétique par la souplesse et l’efficacité des processus qu’elle permet de mettre en œuvre d’autant que ses usages se font sans émission de polluants atmosphériques ($CO2$ notamment, même s’il ne faut pas oublier les pollutions qui peuvent accompagner sa production dans les centrales).
Futur
Devenue un indicateur de développement humain, l’électricité est indispensable pour satisfaire nos besoins énergétiques. On assiste à une électrification du monde de plus en plus répandue et intense. Pourtant, près de $1,2$ milliard de personnes, soit $17%$ de la population mondiale n’avait pas accès à l’électricité en $2013$ selon l'AIE(3), Cet accès est une préoccupation majeure dans de nombreux pays en voie de développement où d’importants programmes d’électrification ont été mis en place, notamment en Afrique subsaharienne.
Les solutions de stockage de l’électricité sont particulièrement importantes pour les énergies renouvelables intermittentes.
Dans les pays à forte consommation électrique, l’amélioration des réseaux de transport et de distribution, apparaît essentiel pour limiter les pertes énergétiques. Le développement progressif des réseaux intelligents (smart grids) permet une optimisation des flux électriques en jouant plus rapidement et efficacement sur la production comme sur la consommation. Ces améliorations permettraient aux marchés de l’électricité d’assurer un approvisionnement efficace et sûr et d’économiser au mieux les moyens de production nécessaires (centrales).
Le développement du stockage de l’électricité (dont on sait la difficulté) combiné avec celui des réseaux intelligents est un enjeu majeur pour une optimisation des flux électriques et surtout pour un usage plus complet des productions locales. Cela est particulièrement important pour les énergies renouvelables à production intermittente (et plus ou moins prévisible).
Concrètement
Dix ampoules de $100 watts$ allumées pendant une heure correspondent à la consommation de $1 kWh$. Un térawattheure $(TWh)$ reviendrait dans ce cas à allumer pendant une heure dix milliards d’ampoules.
La production mondiale d’électricité s'est élevée à $24 098 TWh(4)$.
Selon l’Agence International de l’Energie, une hausse de $75%$ de la consommation d’électricité entre $2007$ et $2030$ est à prévoir. Cela résulte notamment de l’accès à l’électricité pour des populations qui en étaient jusqu'ici privées et des changements des processus industriels ou domestiques utilisant davantage d’électricité.
En moyenne, un Français consomme$ 7 756 kWh/an$ tandis qu'un habitant consomme moins de $300 kWh/an$ en moyenne dans certains pays d’Afrique comme le Cameroun, le Congo ou le Kenya et parfois même moins de $100 kWh/an$ comme au Bénin(5).
Le saviez-vous ?
Le courant électrique consommé par un particulier n’est pas le même que celui des réseaux de transport et de distribution. Le courant circulant sur les lignes à très haute tension à $400 000 volts$ est converti par des transformateurs électriques en un courant de$ 220 volts$ pour les consommateurs finaux.

I. Dissolution

1. Exemples de dissolution

1.1 Expériences

1.2 Conclusion

2. Définitions

3. Solution ionique et solution non ionique

3.1 Expérience : conductibilité d'une solution

Observation

Interprétation

Conclusion

Remarque

3.2 Définitions

II. Rôle du solvant et effets thermiques

1. Rôle du solvant

1.1 Rôle ionisant et dispersant

1.2 Rôle dissociant et dispersant

Remarque

Exemple :

Exemples :

1.3 Rôle hydratant

2. Effets thermiques

Observation

Conclusion

III. Grandeurs caractéristiques d'une solution aqueuse

1. Concentrations d'une solution

1.1 Concentrations molaires

1.1.1 Concentration molaire volumique d'une solution

1.1.2 Concentration molaire volumique d'une espèce chimique en solution

Exemple : 

1.2 Concentration massique

Remarque : 

2. Solubilité et saturation

2.1 Expérience

Observation :

Conclusion :

2.2 Définition

Remarque :

IV. Préparation de solutions

1. Préparation d'une solution par dissolution

2. Préparation d'une solution par dilution

2.1 Principe de la dilution

2.1 Facteur de dilution

Remarque :

Exercice 1  
Les énergies des différents niveaux, exprimés en électron-volt, sont données par la formule :
$E_{n}=\frac{13,6}{n^{2}}1$.Calculer les énergies correspondant à $n = 1, 2, 3$ et $\infty$ et représenter le diagramme
des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène.
2. Quelle est l‟énergie minimale que l'on doit fournir à un atome d'hydrogène pour qu'il
passe de l'état fondamental à un état excité ? La transcrire sur le diagramme.
3. Cette énergie est apportée à l'atome par une radiation lumineuse monochromatique.
Calculer sa longueur d'onde.
4. Calculer la longueur d‟onde de la radiation susceptible d'ioniser l'atome d'hydrogène
Exercice 2
1 Rutherford a décrit l'atome d'hydrogène par le modèle planétaire : l'électron   a un
mouvement circulaire, de rayon $r$, autour d‟un noyau constitué de proton.
La force électrique subie l‟électron est dirigée selon la droite proton-électron, attractive de
valeur $F={Ke^{2}}{r^{2}}$
La force gravitationnelle est négligeable devant cette force    
a)  Montrer que le mouvement de l'électron est uniforme
b) Etablir l'expression de la vitesse v en fonction de $k, e, r$ et $m$
c) Exprimer son énergie cinétique en fonction de ces mêmes paramètres.
d) Exprimer en énergie mécanique E en fonction de $k$, e et r sachant que son énergie
potentielle est : $E_{p}=\frac{ke^{2}}{r}$
Quelle est sa limite quand $r$ tend vers l'infini  
2. Différents faits expérimentaux ontconduit Niels Bohr à formuler l'hypothèse suivante :
l'électron ne se déplacer que sur certains cercles dont les rayons $r_{n}$ obéissent à la loi :
$v_{n}r_{n}=\frac{nK}{m}$ ;
$K$ constante universelle :$ K=  1,054.10^{34}. K J s n$ : nombre entier $n\geq{1} ; v_{n}$ vitesse
de l'électron sur le cercle de rayon $ r_{n}$
a)Déterminer l'expression de $r_{n}$  en fonction des constantes $k, K, m, e$ et $n$. Exprimer $r_{n}$ en
fonction de $ r_{1}$ . Calculer $ r_{1}$                                                                                                    
b) Déterminer l'expression de $E_{n}$ , énergie mécanique de l'électron  sur le cercle de rayon $r_{n}$  
, en fonction des mêmes paramètres  Exprimer $E_{n}$  en fonction de $ E_{1}$
c) Calculer $ E_{1}$ et $ E_{2}$   en électronvolts. Quelle cause peut faire passer l'énergie de l'électron
de $ E_{1}$ à $ E_{2}$ . $m_{e} = 9,109.10^{-31}Kg ; e =1,602.10^{-19} ; k = 9,000.10^{9}SI$

Exercice3 L’atomed’hydrogène  
Diagramme d'énergie de l'atome d'hydrogène obtenu à partir de la formule : $E_{n} =\frac{13,6}{n^{2}} (en eV)$

1) Quel est le nom du nombre noté $"n"$ qui apparaît dans le diagramme ?
2) Quand dit-on qu'un atome est dans son état fondamental ? Quel est l'état fondamental de
l'atome d'hydrogène ? Le noter sur le schéma.
3) Considérons une population d'atomes d'hydrogène au repos, sans apport d'énergie de la part de l'extérieur.
 Dans quel état se trouvent les atomes (ou du moins l‟immense majorité) ?
4) Que représente le niveau noté : $n = ∞$ ? Noter son nom sur le schéma.
5) Quelle énergie minimale, en $eV$, faut-il fournir à un atome d'hydrogène pour l'ioniser
lorsqu'il est dans son état fondamental ?
6) Un atome d‟hydrogène a la configuration électronique telle que : $n = 3$
.Est-il dans son état fondamental ? Comment s'appelle un tel état ?
.Le représenter par un petit point sur le diagramme précédent.
7) L'atome d'hydrogène peut-il se trouver dans un état situé entre les niveaux $n = 1$ et $n = 2$ ?
8) L'atome d'hydrogène est excité sur le niveau : $n = 3$.
.Comment peut-on exciter cet atome ?
.Montrer qu'en se désexcitant vers le niveau $2$, il émet un photon de longueur d'onde : $\lambda= 656,1 nm$.
Cette radiation est-elle située dans les $X$, les $UV$, le visible ou l'IR ?  
.Représenter par une flèche, sur le diagramme précédent, la transition correspondant à cette désexcitation.
9) Une radiation émise par l'atome d'hydrogène a une énergie égale à : $E = 2,54 eV$
Cette radiation émise par l'atome d'hydrogène fait partie de la série de Balmer (retour au niveau $n = 2$).
Déterminer la transition électronique correspondant à l'émission de cette
radiation. La noter sur le schéma.
. Calculer la longueur d'onde correspondante.
10) Une lampe à décharge à hydrogène émet-elle un spectre continu de radiations ou un spectre discontinu ?
Exercice 4
Données : célérité de la lumière dans le vide :$3 108 m/s$; constante de Planck : $h=6,62 10-34 Js$ ;
charge élémentaire : $e = 1,6 10^{-19} C$ ; masse de l'électron $m = 9 10^{-31} kg$.
La figure représente un diagramme très simplifié des niveaux
d'énergie de l'atome de lithium de numéro atomique $Z=3$, de formule
 électronique $K^{2}L^{1}$.
On considère les quatre transitions représentées sur le diagramme.
Les longueurs d'ondes correspondantes sont $λ_{1} = 671 nm ; λ_{2} = 812
nm ; λ_{3} = 323 nm$ et $λ_{4} = 610 nm$.
1. Expliquer brièvement niveau d'énergie et spectres de raies.  
2. Montrer qu'entre l'énergie $E(en eV)$ d'un photon et sa longueur
d'onde $λ$ il existe la relation $E= 1240 /λ. λ$ étant exprimé en $nm$ et $E$ en $eV$.
- Déterminer l'énergie $(eV)$ des photons émis lors de chacune des $4$ transitions.  
3. L'énergie du niveau $I$ vaut $E_{1} = - 5,39 eV$. C'est l'énergie de l'électron externe dans son état
fondamental. Affecter l'énergie $E_{i} (eV)$ à chaque niveau du diagramme.  
Pour quelle valeur de la longueur d'onde des radiations incidentes les atomes de lithium
subiront-ils une ionisation à partir de l'état fondamental ?
Exercice5 : Niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène  
On s'intéresse dans ce qui suit aux niveaux d'énergie des atomes d'hydrogène et de sodium,
tous deux éléments de la première colonne du tableau de classification périodique.  
1/ Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène sont donnés par la relation :$E_{n}=-13,6/n²$ où
En en $eV$ et $n$ un entier naturel non nul.                                                              
1-1 Déterminer l‟énergie minimale en $eV$, qu'il faut fournir à l'atome d'hydrogène pour
l'ioniser dans les cas suivants :

1-1.1 L'atome d'hydrogène est initialement à son état fondamental $(n = 1)$
1-1.2 L'atome d'hydrogène est à l'état excité correspondant au niveau d'énergie $(n = 2)$.
1-2 Faire le schéma du diagramme des niveaux d'énergie de
l'atome d'hydrogène en utilisant l'échelle :
$1 cm$ pour $1 eV$. On ne représentera que les six premiers
niveaux.

2/ On donne ci-après le diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'a tome de sodium
(l'échelle n‟est pas respectée).
L'état fondamental correspond au niveau d'énergie $E_{1}$. Les niveaux d'énergie $E_{2}$ et $E_{3}$
correspondant à des états excités.
2-1 Lorsque l'atome passe de $E_{2}$ à $E_{1}$ il émet une radiation de longueur d'onde $λ_{1}=589 nm$;
lorsqu'il passe de $E_{3}$ à $E_{2}$, il émet une radiation de longueur d'onde $λ_{2}=568,8nm$.
En expliquant le raisonnement, calculer la différence d‟énergie $(E_{3}-E_{1})$ en $eV$.
2-2 Lorsque l'atome, initialement dans son état fondamental, est éclairé par un faisceau
monochromatique de longueur d'onde $λ$ convenable, il peut directement passer du niveau
d'énergie $E_{1}$ au niveau d‟énergie $E_{3}$.
Exprimer la longueur d'‟onde $λ$ de ce faisceau en fonction des longueurs d'onde $λ_{1}$ et $λ_{2}$.
Faire l'application numérique
Exercice 6
La mécanique quantique montre que l'état fondamental de l'atome d'hydrogène est caractérisé
par une énergie $E_{1} =-13,6ev$ et chaque niveau excité $n >1$ est définie par une énergie  
$E_{n}=\frac{E_{0}}{n^{2}} (n$ est un entier naturel positif) avec $E_{0} = 13,6ev$.
1-/A quoi correspond l'énergie $E_{0}$ ?
2-/ Quelle relation simple existe entre l'énergie de transition$ \Delta{E}$ d'un niveau $n$ à un niveau $p$ et
la longueur d'onde du photon émis ou absorbé. (Traiter chaque cas à part)
3-/a-/ Montrer que pour une transition d'un niveau $p$ à un niveau $n$ tel que $p > n$, on peut écrire
la relation $\frac{1}{\lambda}=R_{H}(\frac{1}{n^{2}}-\frac{1}{P^{2}})$.
b-/ Vérifier que RH (appelée constante de Rydberg) vaut $RH = 1,10.10^{+7}m^{-1}$
c--/Dans la série de Balmer (le retour au niveau $n = 2$) l'atome $H$ émet $1$ spectre contenant $4$
raies visibles, on se propose de calculer deux longueurs d'ondes de $2$ raies de ce spectre
correspondant à $p=3 ( \lambda{3,2})$ et $p =4 (  \lambda{4,2})$. Sans faire de calcul, et en utilisant $\lambda{E}$, comparer
$\lambda{3,2}$ et $\lambda{4,2}$ puis calculer leurs valeurs.
4-/ L'atome $H$ est dans son état fondamental $(n=1)$, on l'excite à l'aide d'un photon incident
d'énergie $W=13,8 e$v. Que se passe-t-il ? Calculer ( en $ev$) l'énergie cinétique $Ec$ de l'électron de
$H$ éjecté.
5/ si l'atome entre en choc inélastique avec un électron ayant une énergie cinétique égale
$11 ev$, que se passe-t-il ?
Exercice7

Le spectre de l'atome d‟hydrogène est obtenu par décharge électrique dans un tube contenant
du dihydrogène sous faible pression. Deux électrodes situées à chaque extrémité du tube
permettent d'appliquer une différence de potentiel.
Lorsque les paramètres ($d.d.p$, température, pression) sont correctement fixés, on observe
l'émission de lumière dont l'analyse est faite à l'aide d'un spectroscope.
Le spectre obtenu est constitué, dans sa partie visible, de quatre raies notées $ H_{\alpha} H_{\beta}H_{\gamma}H_{\delta}$
de longueurs d'onde respectives dans le vide : $656,27 nm ; 486,13 nm ; 434,05 nm ; 410,17 nm$.

Spectre d'émission de l'atome d'hydrogène
1. Sachant que les couleurs des raies émises sont bleue, indigo, rouge et violette, restituer à
chaqueradiationsa couleur.
2. En $1885$, le physicien suisse Balmer, remarque que les longueurs d'onde $\lambda$ de ces quatre
radiations satisfont à une relation empirique :

$\lambda_{0} = 367,7 nm,n$ est un nombre entier naturel non nul ($n\ne{N*}$)  
2.1. Indiquer la plus petite valeur possible de $n$. En déduire la longueur d'onde de la raie correspondante.
2.2. Quelles valeurs doit prendre $n$ pour retrouver les autres raies visibles du spectre ?
3. Les niveaux d'énergie quantifiés de l'atome d'hydrogène sont donnés par la relation :
$E_{n}=-\frac{E^{0}}{n^{2}}(eV)$
Pour $n = 1$ l'énergie de l'atome est minimale, l'atome est dans son état fondamental.
Pour toutes les autres valeurs de $n (n\geq{2} )$, l'atome est dans un état excité.
3.1. Expliquer brièvement le terme “ niveau d'énergie quantifié ”.
Que représente $E_{0}$ pour l'atome d'hydrogène ?
3.2. Etablir, en fonction de $n$, la fréquence $2 ,V_{n,2}$ (exprimée en $Hz$) des radiations émises
lorsque cet atome passe d'un état excité $n> 2$ à l'état excité $n = 2$.
3.3. Retrouver l'expression empirique de Balmer :  $\lambda=\lambda_{0}\frac{n^{2}}{n^{2}-4},
\lambda$ étant exprimée en $nm$.
$A$ quelle transition correspond l'émission de la radiation de longueur d'onde $\lambda_{0}$ ? Justifier la
réponse.
3.4. Tracer le diagramme représentant les transitions entre les différents niveaux d'énergie de
l'atome d'hydrogène pour les quatre raies $ H_{\alpha} ,H_{\beta},H_{\gamma},H_{\delta}$de la série de Balmer.
4.1. Quelle est l'énergie cinétique minimale d'un électron projectile capable de provoquer par
choc l'excitation d'un atome d'hydrogène de son état fondamental à son deuxième état excité ?
4.2. Sous quelle tension minimale cet électron projectile, initialement au repos, a-t-il été accéléré ?
4.3. L'atome d'hydrogène précédemment excité revient à son état fondamental avec émission de deux photons.
Déterminer les longueurs d'onde de ces deux photons.
Exercice 8 :Données :$h = 6,62\times{10^{-34}} J.s ; c = 3,00\times{10^{8}} m.s^{-1}$ et $e = 1,60\times{10^{-19}}C$
Les lampes à vapeur de lithium contiennent de la vapeur de lithium à très faible pression.
Cette vapeur est excitée par un faisceau d‟électrons qui traverse le tube. Les atomes de lithium
absorbent l'énergie des électrons. L'énergie est restituée lors du retour à l'état fondamental
sous forme de radiations lumineuses.
On représente le diagramme des niveaux d'énergie de l'atome de lithium (figure 1) de
numéro atomique $Z=3$. L'analyse du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de lithium
révèle la présence de raies de longueur d'onde $\lambda$ bien définie.
On donne le spectre d'émission et le spectre d'absorption de l'atome de lithium (figure 2).
1- Préciser le spectre d‟émission de l'atome de lithium et le spectre d‟absorption.
2- Représenter le schéma du montage qui permet d'obtenir le spectre d'émission.
3- A l'aide du spectre d'émission, interpréter la quantification de l'énergie de l'atome de lithium.
4- L'énergie du l'état fondamental vaut $E_{1} = -5.39 eV$. (C'est l'énergie de l'électron de la
couche externe dans son état fondamental).  
a-  Prélever les valeurs des longueurs d'onde $\lambda_{1} ; \lambda_{2}$ et $\lambda_{3}$.
b-  Montrer que la longueur d'onde $\lambda$ du photon émis lors d'une transition du niveau $n$ au
niveau $p (n>p)$ est $\lambda= \frac{1241}{ En - Ep}$ avec $\lambda$ en $nm$ et $En – Ep$ en $ev$.
c-  trouver les valeurs d'énergie des autres niveaux sachant que la longueur d'onde du photon
émis lors d'une transition du niveau :
.3 au niveau est égale à $812 nm$.
.4 au niveau est égale à $323 nm$.
5- définir l'énergie d'ionisation de l'atome de lithium. Donner sa valeur.
6- L'atome de sodium, considéré maintenant à l'état fondamental, reçoit une radiation
lumineuse dont le quantum d'énergie a une longueur d‟onde $\lambda$ égale à :
a- $220 nm$.
$b- 300nm$

Exercice 9
Dans le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène on trouve
les quatre raies suivantes, caractérisées par leur longueur
d'onde :
$\lambda_{1}=410 nm$ (violet),$ \lambda_{2}=434,1 nm$ (indigo),$ \lambda_{3}=486,1 nm$
(bleu) et$ \lambda_{4}=656,3 nm$ (rouge). On donne le diagramme des
niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène.
1) Justifier la discontinuité du spectre d‟émission.
a- Que signifie l'état fondamental de l'atome ?
b-Définir l'énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène.
Donner sa valeur.
2) a-Calculer la longueur d'onde maximale $\lambda_{max}$
correspondant à la transition de l'électron d‟un niveau $n>2$
au niveau $2$. Déduire que $\lambda_{max} = \lambda_{4}$.
b-A quelle transition correspond chacune des radiations de
longueur d'onde $\lambda_{1}, \lambda_{2}$ et $\lambda_{3}$.
3) a- L'atome 'hydrogène est dans son niveau d'énergie$ E_{2}
(n=2)$, reçoit un photon incident de longueur d‟onde $\lambda=486.1
nm$. Ce photon est-il absorbé ? justifier sans calcul.
b-L'atome d'hydrogène est dans son état fondamental, reçoit :
. Un photon d‟énergie $11 ev$.
. Un électron incident d'énergie cinétique $11 ev$.
. Un photon d‟énergie $14,3 ev$.
Dire, en le justifiant ce qui se passe dans chaque cas (dans le cas où l'atome est ionisé donner
l'énergie cinétique de l'électron émis).
Exercice 10
Etoile Vega et son spectre L'étoile Véga se trouve dans la constellation de la   Lyre.  Elle émet de la lumière que l'on
peut décomposer. On obtient un spectre dont voici sa représentation :
La première raie à $x = 0 cm$ correspond à la longueur d'onde $λ=400nm$ et la dernière raie
correspondant à $x=8,5 cm$ est la longueur d'onde $λ=700nm$.
A chaque raie correspond une abscisse $x$ sur l‟axe orienté. La longueur d'onde $λ$ est fonction
affine de $x$ de la forme $λ = ax +b$.
1°/Quelle est la nature du spectre ?
2°/En déduire si l'étoile possède une atmosphère.
3°/Tracer, rapidement, avec seulement $2$ points, $λ$ en fonction de $x$.
4°/En  déduire  le  coefficient  directeur  de  la  droite  ainsi  que  son  ordonnée  à  l'origine.  
Donner alors l'équation numérique de $λ = ax +b$
5°/A l'aide de l'équation numérique trouver les valeurs des longueurs d'onde émises par l'étoile.
6°/Y-a-t-il de l'hydrogène ou de l'hélium dans l'étoile Véga ? Conclure. Données :
-longueurs d'onde en nm émise par l'élément $H : 398 – 410 – 434-486$
-longueurs d'onde en $nm$ émise par l'élément $He : 380 – 403 – 414-447$
Exercice 11
On donne les spectres de deux éléments, le titane et le nickel, ainsi que le spectre d'une étoile.
Ces spectres ont été réalisés dans les mêmes conditions et les réglages du spectroscope étaient les mêmes.
1) Quel nom donne-t-on aux spectres des deux éléments ?
2) Expliquer l'allure du spectre de l'étoile en utilisant les mots ou les expressions suivantes :
spectre (ou fond) continu ; raies d'absorption.
3) La comparaison du spectre de l'étoile et des spectres de chaque élément permet de faire
uneaffirmation relative à la composition chimique de l'étoile. Laquelle ?