Sujet Physique-Chimie — Terminale — Amérique du Nord — Bac 2017

EXERCICE I - DIFFRACTION PAR UNE POUDRE DE CACAO (5 points) On attribue la découverte de la diffraction à Francesco Grimaldi (1618-1663). Le but de l’exercice est d’étudier une application pratique de la diffraction : la détermination de la taille moyenne de poudre de cacao par granulométrie. Les deux parties de l’exercice sont indépendantes. Document 1 : Granulométrie laser de la poudre de cacao L’appareil ci-contre permet de mesurer la taille de particules allant de 40 nm à 2500 μm tout en occupant un encombrement extrêmement réduit. Le fabriquant de l’appareil indique que deux diodes laser de longueurs d’onde 635 nm et 830 nm sont utilisées dans cet instrument de mesure. Document 2 : Différents types de chocolat Le succès du chocolat, auprès des consommateurs, est lié à des caractéristiques gustatives bien identifiées mais aussi à la granulométrie de chacun des constituants. Cette dernière propriété représente un enjeu important du procédé de fabrication puisque des particules trop finement broyées rendront le chocolat collant alors que de trop grosses particules lui donneront un aspect granuleux à l’œil et en bouche. La mesure de la taille des particules, par diffraction laser, est une technique simple et rapide, adaptée à la détermination de la distribution granulométrique de tous les types de chocolat comme les chocolats de couverture utilisés pour le nappage, les chocolats au lait ou les chocolats agglomérés utilisés pour les recettes instantanées. Type de De couverture Au lait Aggloméré chocolat a(*) en μm 10 30 300 (*) a représente le diamètre moyen recommandé de la poudre de cacao pour un type de chocolat. D’après 17PYSCSAN1 2/12 Partie 1 : Vérification de la longueur d’onde d’une des diodes laser utilisées L’objectif de cette partie est de vérifier la valeur de la longueur d’onde λ d’une des diodes laser utilisées dans l’appareil de granulométrie. Sur le trajet du faisceau laser, on intercale des fils de différents diamètres. Sur un écran placé à une distance D, on observe une figure de diffraction. L représente la largeur de la tache centrale et θ le demi-angle au sommet exprimé en radian. 0 Fil de diamètre a vu de haut θ 0 L Faisceau laser D = 200,0 ± 0,1 cm Écran 1.1. Rappeler les trois principales propriétés du faisceau d’un laser. 1.2. Pour une longueur d’onde donnée, décrire l’évolution du demi-angle θ en fonction du diamètre a 0 du fil. Donner la relation qui lie λ,