PACES Cet ouvrage recouvre tout le programme de Physique et de Biophysique de l’unité d’enseignement UE3. Il permet de répondre à des questions de cours ou facilite la résolution d’exercices, à partir de 226 fiches de révision, chacune d’entre elles correspondant à des mots-clefs du programme de physique ou de biophysique. De nombreuses QCM, avec leurs solutions détaillées, permettent aussi à l’étudiant de vérifier ses connaissances et la compréhension de chaque thématique. LES + • De nombreux exercices et QCM corrigés et expliqués • Strictement conforme au programme de l’UE3 • De nombreux schémas • Une mise en valeur des éléments à retenir Fiches de révision et QCM PHYBIOSAN_S_deboeck 10/10/13 14:41 Page1 Pierre Peretti UE3 PAES, Aspects fonctionnels Conception graphique : Primo&Primo UE3 PAES, Bases physiques des méthodes d’exploration 978-2-8041-8283-0 9 782804 182830 PHYBIOSAN www.deboeck.com Pierre Peretti Études de santé Pierre Peretti est professeur émérite à la faculté des sciences fondamentales et biomédicales de l'Université Paris-Descartes (Sorbonne Paris Cité). DANS LA MÊME COLLECTION Fiches de révision et QCM TOUTE LA PHYSIQUE ET LA BIOPHYSIQUE Retrouvez l'intégralité de cet ouvrage et toutes les informations sur ce titre chez le libraire en ligne decitre.fr Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) « N’admettez rien a priori si vous pouvez le vérifier » Rudyard Kipling « Je ne cherche pas à connaître les réponses, je cherche à comprendre les questions » Confucius « Dans la vie, rien n’est à craindre, tout est à comprendre » Marie Curie Livre 1.indb 1 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 2 20/11/13 08:37 Toute la Physique et la Biophysique des études de santé Fiches de revision et QCM Livre 1.indb 3 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 4 20/11/13 08:37 Toute la Physique et la Biophysique des études de santé Fiches de révision et QCM PACES UE3 et L2 médecine Pierre PERETTI Livre 1.indb 5 20/11/13 08:37 Pour toute information sur notre fonds et les nouveautés dans votre domaine de spécialisation, consultez notre site web : www.deboeck.com © De Boeck supérieur s.a., 2013 Éditions De Boeck Université Rue des Minimes, 39 B-1000 Bruxelles Tous droits réservés pour tous pays. Il est interdit, sauf accord préalable et écrit de l’auteur, de reproduire (notamment par photocopie) partiellement ou totalement le présent ouvrage, de la stocker dans une banque de données ou de le communiquer au public, sous quelque forme que ce soit et de quelque manière que ce soit. Imprimé en Belgique Dépôt légal : Bibliothèque Nationale, Paris : novembre 2013 Bibliothèque royale de Belgique, Bruxelles : 2013/0074/214 Livre 1.indb 6 ISBN : 978-2-8041-8283-0 20/11/13 08:37 Table des matières Dimension, unités et données numériques........................................................ 1 Les équations aux dimensions Le Système International (SI) d’unités.................... 3 Unités usuelles de masse......................................................................................... 4 Unités usuelles d’énergie......................................................................................... 5 Unités spéciales....................................................................................................... 6 Données numériques............................................................................................... 7 Multiples et sous-multiples des unités...................................................................... 8 Lettres grecques usuelles......................................................................................... 9 La structure de la matière et le milieu interieur................................ 11 I-1-Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique.... 13 Les états fondamentaux de la matière...................................................................... 15 Les états de la matière............................................................................................. 15 Les changements d’état........................................................................................... 16 Les états gazeux...................................................................................................... 17 Les transferts d’énergie............................................................................................ 18 Les principales transformations thermodynamiques................................................ 19 Les fonctions thermodynamiques............................................................................. 20 I-2-Les solutions aqueuses et le milieu intérieur..................................................... 27 Caractéristiques physico-chimiques de l’eau............................................................ 29 Solutions et solutés en phase liquide....................................................................... 31 Modes d’expression des concentrations des solutions............................................. 32 Cryoscopie et ébulliométrie des solutions aqueuses................................................ 33 Acidité des solutions ioniques.................................................................................. 34 Basicité des solutions ioniques................................................................................. 35 Les compartiments liquidiens de l’organisme........................................................... 36 Méthode d’étude des compartiments hydriques : dilution d’un traceur..................... 37 Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé. Perte isotonique en eau et en ions sodium. Perte de solution hypotonique.................................................... 38 Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé. Apport isotonique en eau et en ions sodium. Apport de solution hypo-tonique................................................. 40 Tableaux de situations pathologiques, de signes cliniques et de signes biologiques........................................................................................... 42 I-3-Éléments de physique quantique......................................................................... 55 Les forces fondamentales de la nature..................................................................... 57 Les particules fondamentales................................................................................... 59 I. VII Livre 1.indb 7 20/11/13 08:37 Table des matières II. La dualité onde-particule.......................................................................................... 60 Les relations de Heisenberg..................................................................................... 61 Les moments cinétiques en physique quantique...................................................... 62 Charges électriques et électrophysiologie ........................................ 69 II-1-Électrostatique...................................................................................................... 71 La force électrostatique............................................................................................ 73 Le champ électrostatique......................................................................................... 74 Énergie potentielle électrostatique........................................................................... 75 Potentiel électrostatique........................................................................................... 76 Équipotentielles et lignes de champ......................................................................... 77 Le condensateur plan............................................................................................... 78 Énergie emmagasinée dans un condensateur......................................................... 79 Le dipôle électrostatique........................................................................................... 80 Potentiel et champ électrique créé par un dipôle...................................................... 81 Les positions de Gauss............................................................................................ 82 II-2-Électrocinétique.................................................................................................... 95 Dynamique des particules chargées placées dans le vide sous l’action de champ électrique ou de champ magnétique........................................................ 97 Mouvement des porteurs de charges dans un milieu matériel................................. 98 Le courant électrique................................................................................................ 99 Résistance et loi d’Ohm intégrale............................................................................. 100 Lois de Kirchhoff des circuits électriques................................................................. 101 Lois d’association des dipôles.................................................................................. 102 Les courants transitoires.......................................................................................... 103 II-3-La fibre nerveuse.................................................................................................. 111 Le potentiel membranaire des cellules excitables.................................................... 113 Modèle électrique de la membrane cellulaire au repos............................................ 114 Le potentiel d’action (ou influx ne veux)................................................................... 115 Variation des perméabilités membranaires.............................................................. 116 Propagation du potentiel d’action............................................................................. 117 II-4-Électrophysiologie du cœur................................................................................ 121 Potentiel électrique d’un feuillet élémentaire............................................................ 122 Potentiel créé par une fibre en oie d’activation....................................................... 123 Le muscle cardiaque................................................................................................ 124 Les potentiels d’action et l’électrocardiogramme...................................................... 125 Principe du vectocardiogramme d’Einthoven........................................................... 126 Exemple de tracé cardiographique déduit du modèle de Einthoven......................... 127 Les dérivations unipolaires frontales........................................................................ 128 VIII Livre 1.indb 8 20/11/13 08:37 Table des matières Les dérivations dipolaires frontales.......................................................................... 129 Les dérivations précordiales..................................................................................... 130 Les axes de Bailey.................................................................................................... 131 L’axe électrique du cœur........................................................................................... 132 Les tracés électrocardiographiques.......................................................................... 133 III. La circulation des fluides............................................................................... 139 III-1-Mécanique des fluides parfaits.......................................................................... 141 Statique des fluide .................................................................................................. 143 Applications physiques............................................................................................. 144 La « tension » artérielle............................................................................................ 145 Dynamique des fluides par aits................................................................................. 146 III-2-Les phénomènes de surface.............................................................................. 161 La tension superficiell ............................................................................................. 163 Loi de Laplace.......................................................................................................... 164 Loi de Hooke............................................................................................................ 165 III-3-Les fluides réels................................................................................................... 173 Viscosité et régimes d’écoulement d’un fluide rée . ................................................. 175 Vitesse d’un fluide réel dans une conduite cylind ique............................................. 176 Loi de Poiseuille des fluides réel ............................................................................ 177 La résistance hydraulique......................................................................................... 178 Lois d’association des résistances hydrauliques...................................................... 179 Passage du régime laminaire au régime turbulent................................................... 180 III-4-Les fluides biologiques....................................................................................... 187 Le sang : un fluide compl xe.................................................................................... 189 Le système circulatoire sanguin............................................................................... 190 La pompe cardiaque................................................................................................. 191 Travail du cœur......................................................................................................... 192 Structure des parois vasculaires.............................................................................. 193 Loi de Hooke pour chaque type de fibr . ................................................................. 194 Fonctionnement des artères élastiques.................................................................... 195 Fonctionnement des artères mixtes musculo-élastiques.......................................... 196 La ventilation pulmonaire.......................................................................................... 197 IV. Diffusion et transport transmembranaire............................................. 215 IV-1-Le transport de matière en milieu libre............................................................. 217 Les déplacements de molécules ou d’ions en solution............................................ 219 Potentiel chimique et diffusion de masse................................................................. 220 Le débit de particules et l’équation de continuité...................................................... 221 IX Livre 1.indb 9 20/11/13 08:37 Table des matières Définitions des débits de sol ant et de soluté........................................................... 222 Transport par diffusion : la première loi de Fick........................................................ 223 Transport par diffusion : la seconde loi de Fick......................................................... 224 Transport par convection.......................................................................................... 225 IV-2-Transports passifs de particules neutres à travers les membranes.............. 231 Structure des membranes biologiques..................................................................... 233 Caractérisation physique des membranes............................................................... 234 La diffusion : flux diffusif t ansmembranaire de solutés induit uniquement par un gradient de concentration.............................................................................. 235 L’osmose : flux diffusif t ansmembranaire de solvant induit uniquement par un gradient de concentration.............................................................................. 236 La filt ation : flux t ansmembranaire de solvant induit uniquement par un gradient de pression hydrostatique............................................................... 237 Flux transmembranaire induit simultanément par un gradient de pression hydrostatique et un gradient de concentration...................................... 238 Équilibre de Starling................................................................................................. 239 Formation des œdèmes........................................................................................... 240 Tonicité d’une solution.............................................................................................. 241 Échanges au niveau de la membrane glomérulaire rénale...................................... 242 La filt ation glomérulaire rénale................................................................................ 243 IV-3-Transports transmembranaires de particules chargées.................................. 253 Transport passif d’ions en solution induit par une force électrique........................... 255 Transport passif d’ions en solution, induit par une différence de concentration et une différence de potentiel électrique................................................................... 256 Équilibre de Donnan (ou Gibbs-Donnan) ................................................................ 257 Transport passif d’ions à travers les membranes cellulaires. Équation de Goldman.... 258 Le transport facilité................................................................................................... 259 Le transport actif....................................................................................................... 261 V.Ondes acoustiques et ondes électromagnétiques.............................. 273 V-1-Éléments de mécanique....................................................................................... 275 Travail et Puissance.................................................................................................. 277 Énergie..................................................................................................................... 278 Les vibrations........................................................................................................... 279 Les vibrations périodiques non sinusoïdales............................................................ 280 L’oscillateur harmonique........................................................................................... 281 Énergie mécanique du ressort non amorti............................................................... 282 Oscillations amorties et forcées. La résonance........................................................ 283 V-2-Caractères généraux des ondes......................................................................... 289 Ondes progressives sinusoïdales à une dimension spatiale.................................... 291 X Livre 1.indb 10 20/11/13 08:37 Table des matières Ondes progressives sinusoïdales à deux ou trois dimensions spatiales.................. 292 Énergie, puissance et intensité d’une onde.............................................................. 293 Variation de l’intensité avec la distance à la source................................................. 294 Superposition d’ondes et modulation d’amplitude.................................................... 295 Superposition d’ondes et ondes stationnaires.......................................................... 296 Réfl xion et transmission d’ondes à une dimension spatiale................................... 297 L’effet Dopppler-Fizeau............................................................................................. 298 Diffraction des ondes................................................................................................ 299 Interférences de deux ondes.................................................................................... 300 V-3-Les ondes acoustiques........................................................................................ 311 Ondes acoustiques................................................................................................... 313 Ondes acoustiques sinusoïdales progressives......................................................... 314 Puissance et Intensité acoustique............................................................................ 315 Niveau des ondes sonores....................................................................................... 316 Atténuation des ondes acoustiques.......................................................................... 317 Sons purs et sons complexes................................................................................... 318 V-4-Les ondes électromagnétiques........................................................................... 327 Paramètres des ondes électromagnétiques............................................................. 329 Longueurs d’onde et fréquences des différents rayonnements électromagnétiques.... 330 Polarisation des ondes électromagnétiques............................................................. 331 Diffraction des ondes lumineuses............................................................................. 332 Le rayonnement thermique ou « rayonnement du corps noir »................................ 333 Le rayonnement laser............................................................................................... 334 Loi de Beer-Lambert................................................................................................. 335 Diffusion Rayleigh de la lumière............................................................................... 336 Diffraction des rayons X............................................................................................ 337 VI.Optique et vision................................................................................................... 345 VI-1-Optique géométrique.......................................................................................... 347 Les lois de base de l’optique géométrique............................................................... 349 Objets et images, réels et virtuels............................................................................ 351 Relation de conjugaison du dioptre sphérique......................................................... 352 Foyers et distances focales du dioptre sphérique..................................................... 353 Construction d’images d’un objet à travers un dioptre sphérique............................. 354 Les lentilles minces : marche des rayons lumineux.................................................. 355 Les lentilles minces : relation de conjugaison........................................................... 356 Méthode de construction d’images : cas d’une lentille convergente......................... 357 Images obtenues avec une lentille convergente....................................................... 358 Images obtenues avec une lentille divergente.......................................................... 359 XI Livre 1.indb 11 20/11/13 08:37 Table des matières La loupe.................................................................................................................... 360 Le microscope optique (ou photonique)................................................................... 361 VI-2-La vision............................................................................................................... 371 Structure optique de l’œil.......................................................................................... 373 Sensibilité de l’œil à la lumière................................................................................. 374 Les voies optiques.................................................................................................... 375 L’accommodation...................................................................................................... 376 L’acuité visuelle......................................................................................................... 377 La myopie................................................................................................................. 378 L’hypermétropie (ou hyperopie)................................................................................ 379 Positions respectives du Punctum Remotum et du Puncum Proximum................... 380 L’astigmatisme.......................................................................................................... 381 Les différents astigmatismes réguliers..................................................................... 382 VII. Atomes et noyaux Rayonnements atomiques et nucleaires............ 397 VII-1-Les niveaux d’énergie atomique et moléculaire.............................................. 399 Structure électronique des atomes........................................................................... 401 Le moment cinétique orbital et le spin...................................................................... 402 Spectre d’émission de l’atome d’hydrogène............................................................. 403 Les forces inter-atomiques....................................................................................... 404 Les niveaux d’énergie moléculaire........................................................................... 405 Les différents types de spectroscopie...................................................................... 406 VII-2-Le noyau atomique et les transitions radioactives......................................... 413 Stabilité et instabilité des noyaux.............................................................................. 415 Le rayonnement gamma et la conversion interne..................................................... 416 Les différents types de transitions radioactives........................................................ 417 L’émission alpha....................................................................................................... 418 L’émission bêta moins (β-)......................................................................................... 419 + L’émission bêta plus (β )........................................................................................... 420 La capture électronique............................................................................................ 421 Cinétique des transitions radioactives...................................................................... 422 Variations respectives des populations de noyaux père et fil Cas du noyau fils sta le............................................................................................ 423 Variations respectives des populations de noyaux père et fil Cas du noyau fils insta le......................................................................................... 424 VIII. Les interactions rayonnements matière.................................................. 433 VIII-1-Les mécanismes physiques de base de l’interaction photons-matière....... 435 Absorption de photons par les atomes..................................................................... 437 Fluorescence et effet Auger...................................................................................... 438 XII Livre 1.indb 12 20/11/13 08:37 Table des matières Les rayonnements ionisants..................................................................................... 439 L’effet photoélectrique............................................................................................... 440 La diffusion Compton................................................................................................ 441 La matérialisation (ou création de paires)................................................................ 443 Les paramètres de l’interaction photons-matière...................................................... 444 Comparaison des effets ionisants élémentaires....................................................... 445 VIII-2-Les interactions rayonnements particulaires-matière................................... 455 Les paramètres de l’interaction................................................................................ 457 Caractères généraux de l’interaction........................................................................ 458 Interaction de particules chargées légères avec la matière..................................... 459 Interaction de particules chargées lourdes avec la matière..................................... 460 VIII-3-Dosimétrie des rayonnements ionisants........................................................ 465 Principaux facteurs de la dosimétrie des rayonnements ionisants........................... 467 Les détecteurs de rayonnements ionisants.............................................................. 468 Les détecteurs d’ionisation à gaz............................................................................. 469 Les détecteurs d’excitation....................................................................................... 470 Définitions de dosimét ie.......................................................................................... 471 Paramètres énergétiques d’un faisceau de photons................................................. 472 Cas d’une source ponctuelle radioactive de photons gamma.................................. 473 Dosimétrie en radioprotection................................................................................... 474 VIII-4-Effets biologiques des rayonnements ionisants............................................ 481 Les différents cas possibles d’irradiation.................................................................. 483 Les effets moléculaires des rayonnements ionisants............................................... 484 Les effets cellulaires des rayonnements ionisants.................................................... 486 Taux de survie cellulaire en fonction de la dose absorbée....................................... 487 Les effets sur les tissus............................................................................................ 488 Les effets déterministes (non stochastiques) sur l’organisme.................................. 489 Les effets aléatoires (stochastiques) sur l’organisme............................................... 491 IX. L’imagerie médicale............................................................................................. 499 IX-1-Imagerie analogique et imagerie numérique.................................................... 501 Caractéristiques générales....................................................................................... 503 Principe de l’imagerie numérique............................................................................. 504 L’image numérique.................................................................................................... 505 IX-2-L’imagerie radiologique...................................................................................... 509 Les rayons X en médecine....................................................................................... 511 Le tube radiogène de Coolidge................................................................................ 512 Le spectre d’émission d’un tube à rayons X............................................................. 513 Le faisceau de photons X......................................................................................... 514 XIII Livre 1.indb 13 20/11/13 08:37 Table des matières Le contraste de l’image radiante.............................................................................. 515 La radiologie standard analogique........................................................................... 516 Principe de la scanographie (tomodensitométrie X ou scanner X)........................... 517 Caractéristiques du scanner X................................................................................. 518 IX-3-L’imagerie ultrasonore........................................................................................ 527 Principe de l’exploration échographique................................................................... 529 Les sondes ultrasonores.......................................................................................... 530 Modes d’exploration échographique......................................................................... 531 Paramètres caractéristiques en échographie........................................................... 532 L’imagerie Doppler.................................................................................................... 533 IX-4-L’imagerie nucléaire............................................................................................ 541 Caractéristiques générales de l’imagerie scintigraphique........................................ 543 La gamma-caméra................................................................................................... 544 La tomographie à émission de positons (TEP)......................................................... 545 IX-5-L’imagerie par résonance magnétique (IRM).................................................... 549 Les sources macroscopiques de champ magnétique.............................................. 551 Le magnétisme à l’échelle de l’atome...................................................................... 552 Le magnétisme à l’échelle du noyau atomique......................................................... 553 Le magnétisme des matériaux................................................................................. 554 Action d’un champ magnétique extérieur sur les niveaux d’énergie......................... 555 La résonance magnétique nucléaire........................................................................ 556 La relaxation du moment magnétique nucléaire....................................................... 557 Le signal de résonance magnétique nucléaire......................................................... 558 Le codage spatial et l’image..................................................................................... 559 Agents de contraste en IRM..................................................................................... 560 Index.................................................................................................................................. 565 XIV Livre 1.indb 14 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Livre 1.indb 1 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 2 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Les équations aux dimensions Le Système International (SI) d’unités Grandeurs fondamentales ÂÂ Mécanique : longueur L ; masse M ; temps T ÂÂ Électricité et magnétisme : longueur L ; masse M ; temps T ; intensité du courant électrique I Grandeurs dérivées • mécanique : [G] = La Mb Tg • électricité et magnétisme : [G] = La Mb Tg Id Système d’unités internationales (SI) L : mètre (m) ; masse : kilogramme (kg) ; temps : seconde (s) ; intensité : Ampère (A) Grandeurs usuelles et unités SI [force] = MLT–2 kg · m · s–2 –1 –2 –1 Newton (N) –2 [pression] = ML T kg · m · s Pascal (Pa) [viscosité] = ML–1T–1 kg · m–1 · s–1 Poiseuille (Pl) ou Pa · s 2 [énergie] = ML T –2 2 2 –2 Joule (J) 2 –3 Watt (W) 2 –3 kg · m · s –3 [puissance] = ML T kg · m · s A ·s [charge électrique] = IT 2 –3 –1 [potentiel, tension] = ML T I –3 –1 [champ électrique] = MLT I –2 –1 [champ magnétique] = MT I Coulomb (C) –1 kg · m · s · A –3 –1 kg · m · s · A –2 –1 kg · s · A Volt (V) Volt/mètre (V/m) Tesla (T) Volt · seconde/mètre2 (V · s/m2) 3 Livre 1.indb 3 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Unités usuelles de masse Système international d’unités (SI) Masse : kilogramme (kg) Le MeV/c2 Unité de masse déduite de la relation d’Einstein reliant la masse m d’un objet à son énergie E : E = mc2 c : vitesse limite des lois de la relativité restreinte c : vitesse de la lumière dans le vide c = 3 · 108 m/s La masse m d’une particule peut donc être exprimée en unité d’énergie divisée par c2 : en Joule/c2 dans le système international (SI) ou en MeV/c2. Exemple : masse d’un électron : me = 0,9 · 10–30 kg = 0,511 MeV/c2 L’unité de masse atomique En physico-chimie du noyau atomique, une autre unité de masse est employée : l’unité de masse atomique. Elle est en général notée « u » ou « uma ». Elle est, par définition, égale au douzième de la masse d’un atome de Carbone 12. 1 uma = 1,66 · 10–27 kg = 931,5 MeV/c2 Exemple : masse de l’électron me = 0,54 · 10–3 uma 4 Livre 1.indb 4 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Unités usuelles d’énergie Système international d’unités (SI) [énergie] = ML2T–2 Le kg · m2 · s–2 est appelé Joule L’électronvolt L’électronvolt (eV) est égal à l’énergie potentielle acquise par un électron soumis à une différence de potentiel de 1 Volt : 1 eV = 1,6 · 10–19 Joule Unités dérivées de l’électron-Volt : 1 keV = 103 eV 1 MeV = 103 keV = 106 eV 1 GeV = 103 MeV = 106 keV = 109 eV Repérage d’un rayonnement par son nombre d’onde angulaire En spectroscopie, on peut exprimer l’énergie en nombre d’onde angulaire (inverse de la longueur d’onde). n= E = 1 hc l h = 6,62 · 10–34 J · s c = 3 · 108 m/s Relation entre longueur d’onde et énergie dans le cas des photons Expression de la longueur d’onde l dans le vide (exprimée en nanomètres) du rayonnement électromagnétique, en fonction de l’énergie E (exprimée en électronvolt) du photon associé. l= hc 1240 → l(nm) = E E(eV ) 5 Livre 1.indb 5 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Unités spéciales Radioactivité et dosimétrie 1 Gray (Gy) = 1 J/kg unité de dosimétrie des rayonnements ionisants 1 Sievert (Sv) = 1 J/kg unité de dosimétrie en radioprotection 1 Becquerel (Bq) = 1 désintégration par seconde (s–1) : unité de radioactivité 1 rad (rd) = 10–2 J/kg = 10 mGy unité d’énergie en dosimétrie 1 rem (rem) = 10–2 J/kg = 10 mSv unité de dosimétrie en radioprotection 1 Curie (Ci) = 3,7 · 1010 désintégrations par seconde (s–1) : unité de radioactivité 1 Roentgen (R) = 2,58 · 10–4 C/kg unité de dose ionique Physique quantique, atomique et moléculaire 1 électron-volt (eV) = 1,6 · 10–19 J 1 kiloélectron-volt (keV) = 103 eV = 1,6 · 10–16 J 1 mégaélectron-volt (MeV) =106 eV = 1,6 · 10–13 J 1 gigaélectron-volt (GeV) =109 eV = 1,6 · 10–10 J 1 unité de masse atomique (u) ou (uma) = 1,66 · 10–27 kg = 931,5 MeV/c2 1 mec2 = énergie équivalente de la masse de l’électron au repos = 0,511 · 106 eV = 8,18 · 10–14 J 1 Debye (D) = 3,336 · 10–30 C · m Mécanique, thermique 1 bar (bar) = 105 Pa 1 atmosphère (atm) = 1,013 · 105 Pa 1 torr (Torr) = 1 mm de mercure = 133,322 Pa 1 calorie (cal) = 4,18 J 1 Hertz (Hz) = 1 s–1 1 litre (L) = 10–3 m3 1 tonne = 103 kg 6 Livre 1.indb 6 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Données numériques Constantes masse de l’électron (me) = 9,1 · 10–31 kg = 0,511 MeV masse du proton (mp) = 1 836 me masse du neutron (mn) = 1 839 me charge élémentaire (e) = 1,6 · 10–19 C charge de l’électron (qe) = – 1,6 · 10–19 C vitesse de la lumière dans le vide (c) = 3 · 108 m/s constante de Planck (h) = 6,62 · 10–34 J · s énergie d’ionisation d’un atome d’hydrogène dans son état fondamental = 13,6 eV accélération de la pesanteur (g) = 9,8 m · s–2 constante fondamentale de l’électrostatique (K) = 9 · 109 N · m2 · C–2 permittivité diélectrique du vide (e0) = 8,85 · 10–12 kg–1 · m–3 · A2 · s4 perméabilité du vide (m0) = 4p · 10–7 kg · m · A–2 · s–2 constante de Faraday () = 96 500 C masse volumique de l’eau (reau) = 103 kg · m–3 masse volumique du mercure (rHg) = 13,6 · 103 kg · m–3 nombre d’Avogadro (AV) = 6,02 · 1023 constante de Boltzmann (kB) = 1,38 · 10–23 J/K constante des gaz parfaits (R) = 8,31 J · K–1 · mol–1 = 0,082 L · atm · K–1 · mol–1 Masses molaires usuelles (g · mol-1) H:1 C : 12 N : 14 O : 16 Na : 23 Cl : 35,5 K : 39 P : 32 Ca : 40 eau : 18 urée : 60 glucose : 180 albumine : 70 000 Nombres usuels p = 3,1416 ; e = 2,7183 ; √ 2 = 1,414 ; √ 3 = 1,732 log 2 = 0,30 ; log 3 = 0,48 ; log 5 = 0,69 ; log 6 = 0,78 ; log 7 = 0,85 ; log 8 = 0,90 ; log 9 = 0,95, ln 10 = 2,30 √ 3 √ 3 √ 2 ; sin p = ; cos p = 1 ; sin p = cos p = sin p = 1 ; cos p = 2 2 2 6 2 6 3 3 2 4 4 sin 0 = 0 ; cos 0 = 1 ; sin p = 1 ; cos p = 0 2 2 7 Livre 1.indb 7 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Multiples et sous-multiples des unités Multiples des unités Symbole Valeur déca da 101 hecto h 102 kilo k 103 méga M 106 giga G 109 téra T 1012 peta P 1015 exa E 1018 Sous multiples Symbole Valeur déci d 10–1 centi c 10–2 milli m 10–3 micro m 10–6 nano n 10–9 pico p 10–12 femto f 10–15 atto a 10–18 8 Livre 1.indb 8 20/11/13 08:37 Dimension, unités et données numériques Lettres grecques usuelles Lettre grecque Minuscule Majuscule alpha a A bêta b B gamma g G delta d D épsilon e E dzêta z Z êta h H thêta q Q lambda l L kappa k K phi j F mu m M nu n N xi x X pi p P rhô r R sigma s S tau t T chi c C psi y Y oméga w W 9 Livre 1.indb 9 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 10 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Plan I-1-Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique I-2-Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I-3-Éléments de physique quantique Livre 1.indb 11 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 12 20/11/13 08:37 I-1-Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique Livre 1.indb 13 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 14 20/11/13 08:37 Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique I Les états de la matière Notion de phase Une phase est un état stable d’un échantillon homogène de matière, à une température et une pression fixées. Les gaz sont miscibles entre eux et un mélange de gaz ne constitue donc qu’une seule phase. Classification des mélanges de phases : états dispersés Les états dispersés sont par définition des états dans lesquels deux phases non miscibles sont présentes Aérosol : très fines gouttelettes de liquide dispersées dans un gaz Aérosol solide : très fines particules de solides dans un gaz Émulsion : mélange de deux liquides non miscibles Gel : liquide dispersé au sein d’un solide Mousse : gaz dispersé dans un liquide Mousse solide : gaz dispersé dans un solide Sol : solide dispersé dans un liquide Sol solide : solide dispersé dans un autre solide Les états fondamentaux de la matière État solide Solide cristallin ionique ou moléculaire : ordre de position Solide amorphe ou vitreux : désordre d’orientation États fluides État liquide : état désordonné cohérent et dense, incompressible État gazeux : état désordonné non dense, dispersion des molécules, compressible États mésomorphes Cristaux liquides Membrane biologique (mosaïque fluide) 15 Livre 1.indb 15 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Les changements d’état Le diagramme de phases pression-température (cas de l’eau) Pression Fusion Liquide Point critique Solide Vaporisation Solidification P = 1 atm Liquéfaction Point triple Gaz 0 °C 100 °C Température L e diagramme Pression-Volume : cas de la transformation isotherme d’un gaz. Pression Courbes isothermes B T > TC A T = TC T < TC VL VG Volume Région où coexistent les deux phases liquide et gaz ÂÂ Un gaz réel se comporte comme un gaz parfait (loi de variation hyperbolique P = nR T/V) pour les basses pressions et les températures supérieures à la température critique TC ÂÂ Pour T < TC, il existe un palier de liquéfaction où la pression reste constante tant que la transition gaz-liquide n’est pas complète. 16 Livre 1.indb 16 20/11/13 08:37 Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique I Les états gazeux Équation d’état des gaz parfaits P V =nR T P : pression,V : volume, T : température absollue n : nombre de moles R =8,31 J ⋅ mol–1 ⋅ K –1 : constante des gaz parfaits R =k NAV k =1,38 ⋅ 10 –23 J ⋅ K –1 : constante de Boltzmann AV =6,02 ⋅ 10 23 : nombre d’Avogadro Loi de Dalton n P= ∑p i i =1 P : pression totale d’un mélange de n gaz pi = ni RT V : pression partielle des ni moles du gaz i Température et énergie cinétique La température est une grandeur intensive (non additive) liée à l’agitation des molécules Énergie cinétique moyenne d’une molécule d’un gaz parfait monoatomique 3 kT 2 k = 1, 38 ⋅ 10 −23 J ⋅ K −1 : constante de Boltzmann T = t + 273 : température absolue (degrés Kelvin) EC = t : température exprimée en degrés Celsius Les gaz réels Équation de Van der Waals 2 a P + n V 2 (V – nb) = n R T a : coefficient appelé « pression interne » b : co oefficient appelé « covolume » 17 Livre 1.indb 17 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Les transferts d’énergie Énergie interne U = Nec + Nep N : nombre de molécules du système thermodynamique ec : valeur moyenne de l’énergie cinétique des molécules ep : valeur moyenne de l’énergie potentielle des molécules U ne dépend que de la température dans le cas d’un gaz parfait Travail ÂÂ Échange d’énergie entre un système et le milieu extérieur, sous l’action de forces extérieures ÂÂ Cas d’un gaz enfermé dans un cylindre fermé par un piston pouvant coulisser sans frottement, lors d’une transformation quasistatique travail entre un état A et un état B : B ∫ WA → B = − Pext dV A Pext : pression totale extérieure dV : varriation de volume infinitésimale Chaleur Énergie liée au degré d’agitation thermique des molécules du système thermodynamique Unités : ÂÂ unité SI : Joule (J) ÂÂ autre unité : calorie (quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un gramme d’eau) Q (Joule) = 4,18 (J /cal) × Q (calories) Le premier principe de la thermodynamique Au cours d’une transformation thermodynamique, un système peut échanger de l’énergie avec le milieu extérieur, sous forme de travail W et de chaleur Q, en faisant varier de DU son énergie interne DU = W + Q L’énergie interne d’un système isolé reste constante : DU = 0 Conventions de signe : Q > 0 le système reçoit de la chaleur W > 0 l’environnement fournit du travail au système 18 Livre 1.indb 18 20/11/13 08:37 Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique I Les principales transformations thermodynamiques Transformations faisant passer un système d’un état thermodynamique A à un autre état B Transformations isothermes La température reste constante uB − uA = 0 WA→B = R T ln VA VB Q A→B = − WA→B R = 8, 31 J ⋅ mol−1 ⋅ K −1 : constante des gaz parfaits T : températue abs solue Transformations adiabatiques Pas d’échange de chaleur avec le milieu extérieur pendant la transformation Q A →B = 0 WA→B = UB − UA P V g = constante → PA VAg = PB VBg g= cp cV c p : chaleur spécifique molaire à pression con nstante c V : chaleur spécifique molaire à volume constant Transformations isobares La pression reste constante pendant la transformation WA→B = − P (VB − VA ) Q A→B = HB − HA P = PA = PB H : enthalpie du système dU = dQ = c p dT c p : chaleur spécifique molaiire à pression constante Transformations isochores Le volume reste constant pendant la transformation WA→B = 0 UB − UA = Q A→B dU = dQ = c V dT c V : chaleur spécifique molaire à volume constant 19 Livre 1.indb 19 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Les fonctions thermodynamiques L’enthalpie H H = U + PV U : énergie interne P : pression V : volume L’entropie S transformation réversible d’un système d’un état 1 à un état 2 DS = S2 − S1 = ∫ 2 1 dQrév T unité : J ⋅ mol−1 ⋅ K −1 Le second principe de la thermodynamique ÂÂ Toute évolution spontanée d’un système isolé va dans le sens d’une entropie croissante. L’équilibre est atteint quand l’entropie est maximale. ÂÂ L’enthalpie libre G (ou enthalpie de Gibbs, ou énergie libre) G = H − TS = U + PV − TS H : enthalpie ; T : température absolue ; S : entropie U : énergie interne ; P : pression ; V : volume Le potentiel chimique Potentiel chimique : enthalpie libre molaire d’un soluté i en solution m i = m i0 + R T ln Ci m i0 : potentiel chimique standard R = 8, 31 J ⋅ mol−1 ⋅ K −1 : constante des gaz parfaits T = t (°C) + 273 : température absolue on du soluté Ci : concentratio Le potentiel électrochimique Dans le cas d’un constituant i chargé électriquement et soumis à un potentiel V, le potentiel chimique mi, est remplacé par le potentiel électrochimique m̃i (appelé mi tilda) m̃i = mi + zi V zi : valence de l’ion i ; Faraday = 96 500 C avec mi = m0i + RT ln Ci 20 Livre 1.indb 20 20/11/13 08:37 QCM QCM énoncé commun aux question 1 et 2 On considère un système isolé constitué de 2 moles d’un gaz parfait qui peuvent passer réversiblement d’un état A (PA, VA, TA = 300 K) à un état B (PB = 3PA, VB, TB) par deux transformations distinctes. On donne ln 3 ≈ 1,1 Question 1 La première transformation est isotherme. Déterminer la ou les proposition(s) exacte(s) : A. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 300 J B. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 5 400 J C. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 300 J D. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 2 700 J E. Aucune des propositions précédentes n’est exacte Question 2 La seconde transformation comporte deux étapes : elle est d’abord isochore, puis isobare. Déterminer la ou les proposition(s) exacte(s) : A. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 104 J B. Le travail mis en jeu est de l’ordre de – 106 J C. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 105 J D. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de 106 J E. Aucune des propositions précédentes n’est exacte énoncé commun aux question 3 et 4 Une mole de gaz parfait subit une transformation qui la fait passer de l’état 1 (P1, V1) à un état 2 (P2, V2) par deux parcours distincts. P2 P1 B D C A V2 V1 21 Livre 1.indb 21 20/11/13 08:37 QCM Question 3 La mole de gaz passe de l’état 1 à l’état 2 par une suite de deux transformations, le chemin réversible suivi étant AC puis CB. Déterminer la proposition exacte : Le travail mis en jeu entre les états 1 et 2 est : A. WA→C→B = 0 B. WA→C→B = P1 V1 − P1 V2 C. WA→C→B = P1 V2 − P2 V1 D. WA→C→B = P1 V1 + P1 V2 E. WA→C→B = P1 V2 + P2 V1 Question 4 La mole de gaz passe de l’état 1 à l’état 2 par une suite de deux transformations, le chemin réversible suivi étant AD puis DB. Déterminer la proposition exacte : Le travail mis en jeu entre les états 1 et 2 est : A. WA→D→B = 0 B. WA→D→B = P2 V1 − P2 V2 C. WA→D→B = P1 V1 − P2 V1 D. WA→D→B = P2 V1 + P2 V2 E. WA→D→B = P1 V1 + P2 V1 Question 5 Déterminer la (ou les) proposition(s) exacte(s) : L’énergie interne, A. d’un système isolé augmente avec la température B. d’un système isolé est constante quand le volume augmente C. d’un gaz parfait est fonction de sa pression D. d’un gaz parfait est fonction de son volume E. d’un gaz parfait est fonction de sa température Question 6 On assimile l’air ambiant à un gaz parfait de masse molaire égale à 29 g/mol. Déterminer la réponse exacte. Si la température de l’air est de 27 °C, et si la pression de l’air est de 105 Pa, sa masse volumique est de l’ordre de : 22 Livre 1.indb 22 20/11/13 08:37 QCM A.1,01 kg · m–3 B. 1,05 kg · m–3 C. 1,12 kg · m–3 D. 1,16 kg · m–3 E. 1,22 kg · m–3 On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · mol–1 · K–1 Question 7 Une enceinte contient un mélange de 0,45 mole d’oxygène et de 0,55 mole d’hélium sous la pression de 4 atmosphères. Déterminer la proposition exacte. La pression partielle de l’oxygène est égale à : A. 1,8 atm B. 2,2 atm C. 2,5 atm D. 2,7 atm E. 3,4 atm 23 Livre 1.indb 23 20/11/13 08:37 Réponses Réponses Question 1 Réponse B Transformation isotherme : T A= TB = 300 K Travail mis en jeu : B ∫ d W = − P dV → WA→B = − P dV = − nR T A B ∫ A V dV = nR T ln A V VB V P , ≈ 2 × 9 × 3 × 10 2 = 5 400 J PA VA = PB VB → A = B = 3 → WA→B ≈ 2 × 8, 31× 300 × 11 VB PA Chaleur mise en jeu : TB = TA → UB = UA → Q = − W = − 5 400 J L’état B est caractérisé par PB = 3 PA ; VB = VA/3 ; TB = TA Question 2 Réponse A Trnasformation isochore suivie d’une transformation isobare Travail mis en jeu : Transformation isochore : V = constante → d W = –P dV = 0 → Wisochore = 0 Transformation isobare (P = 3PA = constante) d W = –P dV → Wisobare = –P ( VB – VA ) Le volume passe de VA à VB = VA / 3 V Wisobare = − P A − VA = 2 PA VA = 2 nR TA → Wisobare = 2 × 2 × 8, 31× 300 ≈ 10 4 J 3 Chaleur mise en jeu Tfinal = TA → UB = UA → Q = − WA→B = − 10 4 J Question 3 Réponse B Chemin ACB : transformation isobare suivie d’une transformation isochore Travail mis en jeu : WA→C→B = WA→C + WC→B WA→C = − P1 (V2 − V1) WC→B = 0 (transformation isochore) WA→C→B = − P1 V2 + P1 V1 Question 4 Réponse B Chemin ADB : transformation isochore suivie d’une transformation isobare 24 Livre 1.indb 24 20/11/13 08:37 Réponses Travail mis en jeu : WA→ D →B = WA → D + WD →B WA → D = 0 transformation isochore WD → B = − P2 ( V2 − V1 ) transformation isobare WA → D →B = − P2 V2 + P2 V1 Question 5 Réponse E Premier principe de la thermodynamique : l’énergie interne d’un système isolé est constante : propositions A et B inexactes L’énergie interne d’un gaz parfait ne dépend que de sa température : proposition E exacte et propositions C et D inexactes. Question 6 Réponse D P V =n R T pour une masse m de gaz n= m m PM et r = → PM =R r T →r= M V RT n= 10 5 × 29 ⋅ 10 –3 =1,16 kg ⋅ m –3 8,31 × 300 Question 7 Réponse A pO2 : pression partielle de l’oxygène pHe : pression partielle de l’hélium pO2 V =nO2 RT et pHe V =nHe RT P =pO2 + pHe = 4 atm ( O2 + nHe )R T =(0,45+ 0,55)R T =R T addition terme à terme → P V =n pO2 = nO2 P =0,45 × 4 =1,8 atm 25 Livre 1.indb 25 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 26 20/11/13 08:37 1-2-Les solutions aqueuses et le milieu intérieur Livre 1.indb 27 20/11/13 08:37 Livre 1.indb 28 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I Caractéristiques physico-chimiques de l’eau Masse volumique eau liquide (4 °C) : r =10 3 kg ⋅ m –3 glace : r =0,91⋅ 10 3 kg ⋅ m –3 volume occupé par une mole d’eau : v e = 18 cm3 Moment dipolaire p =1,84 D (Debye) 1 Debye = 3,336 ⋅ 10 – 30C ⋅ m Dissociation ionique de l’eau H2O → H+ + OH– constante de dissociation (produit ionique) KH2O = 10 –14 (à 25 °C) le proton H+ est en réalité solvaté par une molécule d’eau : H3O + [H2O] = 55,56 mol/L La dissociation de l’eau est fonction de la températture : à 25 °C → KH2O =10 – 14 mol2 ⋅ L–2 ⇒ pH =7 à 37 °C → KH2O = 2,5 ⋅ 10 – 14 mol2 ⋅ L–2 ⇒ pH =6,8 à 37 °C solution acide : pH < 6,8 solution basique : pH > 6,8 Capacité calorifique c =75 J ⋅ mol– 1 ⋅ K – 1 = 18 cal ⋅ mol– 1 ⋅ K – 1 g– 1 = 1 cal ⋅ K – 1 ⋅ g– 1 c =4,18 J ⋅K – 1 ⋅g Permittivité diélectrique e = e 0 er er =80 : permittivité relative de l’eau e 0 : permittivité du vide 29 Livre 1.indb 29 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Solvatation et hydratation ÂÂ Solvatation : Chaque ion en solution s’entoure d’un certain nombre de molécules de solvant ÂÂ Hydratation : solvatation quand le solvant est l’eau Exemples d’hydratation : 4 molécules d’eau pour K+, 8 molécules d’eau pour Na+ Dissolution des gaz dans une solution aqueuse Loi de Henry dissous Cgaz = KH × pgaz dissous Cgaz : concentration du gaz dissous dans l’eau KH : constante de Henry (fonction de la température et de la natu ure du gaz) pgaz : pression partielle du gaz au-dessus de la solution 30 Livre 1.indb 30 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I Solutions et solutés en phase liquide Définitions ÂÂ Solution : mélange homogène en phase liquide de molécules et d’ions ÂÂ Solvant : composant majoritaire exemples : eau, plasma sanguin… ÂÂ Solutés : dissous en proportions faibles exemples : oxygène, sucre, urée, électrolytes… Les différents types de solutions ÂÂ solution cristalloïde : solutés de petite taille (ions ou molécules neutres de quelques dizaines d’atomes) ÂÂ solution macromoléculaire : solutés de masse moléculaire élevée (plus de 103 g · mol–1) ÂÂ suspension : solution non homogène contenant des « agrégats moléculaires » de masse faible au niveau microscopique mais ne sédimentant pas ÂÂ états colloïdaux : états intermédiaires entre la solution macromoléculaire et la suspension ÂÂ solution idéale : les forces entre molécules de solvant ne sont pratiquement pas modifiées par la présence de molécules de soluté. C’est le cas généralement des solutions ayant de très faibles concentrations de soluté. 31 Livre 1.indb 31 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Modes d’expression des concentrations des solutions ÂÂ Chaque molécule ou ion de soluté constitue une « unité cinétique » ÂÂ Une « osmole » (osm) représente un nombre d’unités cinétiques égal au nombre d’Avogadro AV 1 osm = AV unités cinétiques ; AV = 6,02 · 1023 ÂÂ Nombre d’osmoles de solutés présentes dans la solution après dissociation nosm = C [1+ a (n – 1)] C : concentration molaire du soluté n : nombre d’entités libérées lors de la dissociiation a : coefficient de dissociation ÂÂ En biologie et médecine : solvant = eau 1 kg d’eau contient (1 000/18) moles d’eau, soit 55,556 moles d’eau, et occupe approximativement un volume de 1 litre d’eau. La concentration molale est parfois exprimée en mol/litre d’eau alors qu’on devrait l’exprimer en mol/kg d’eau. Mesure Unité SI kg · m–3 Concentration pondérale Masse de soluté par unité de volume de la solution Fraction massique Rapport de la masse en % de soluté par unité de masse de la solution (titre) Concentration molaire (molarité) Concentration molale (molalité) Concentration osmolaire (osmolarité) Concentration osmolale (osmolalité) Concentration équivalente Sous-unités usuelles g · L–1, ng · mL–1 Nombre de moles de soluté par unité de volume de solution mol · m–3 mmol · L–1 Nombre de moles de soluté par unité de masse de solvant mol · kg–1 mmol · L–1 d’eau Nombre d’osmoles par unité de volume de solution osm · m–3 mOsm · L–1 Nombre d’osmoles par unité de masse de solvant osm · kg–1 mOsm · L–1 d’eau Nombre de moles de charges élémentaires, positives ou négatives, par unité de volume de la solution Eq · m–3 mEq · L–1 32 Livre 1.indb 32 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I Cryoscopie et ébulliométrie des solutions aqueuses Cryoscopie ÂÂ Abaissement de la température de congélation d’une solution aqueuse par rapport à celle de l’eau pure Loi de Raoult Dq =Kw (solution idéale très diluée) Dq : delta cryoscopique = abaissement de la tempéra ature K =–1,86 K ⋅ osm – 1 : constante cryoscopique de l’eau w : osmolalité de la solution ÂÂ Cas du plasma sanguin normal (solution non idéale) : Dq = – 0,54 °C Ébulliométrie Élévation DTébull du point d’ébullition d’une solution aqueuse par rapport à celle de l’eau pure DTébul = K ébull × w (solution idéale très diluée) K ébull = 0,51K ⋅ osm – 1 : constante d’ébulliométrie de l’eau w : osmolalité de la solution 33 Livre 1.indb 33 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Acidité des solutions ioniques Définition du pH d’une solution pH =– log10 [H+ ]mol / L [O – ] =10 – 7 mol/L ⇒ pH =7 neutralité acidobasique (à 25 °C) : [H+ ] =H solution acide pH < 7 ; solution basique pH > 7 L’eau pure ÂÂ Réaction d’autoprotolyse : l’eau pure contient des ions oxonium H3O+ H2O + H2O = HO–(aq) + H3O+(aq) à 25 °C, [HO–]éq = [H3O+]éq = 10–7 mol · L–1 ÂÂ La constante d’équilibre de la réaction (produit ionique de l’eau) est indépendante de la présence d’autres substances dissoutes, mais dépend de la température à 25 °C, Ke = [HO–]éq × [H3O+]éq = 10–14 Dissolution des acides AH + H2O → H3O+ + A– [A–] [H3O+] KA = [AH] KA : constante de dissociation de l’acide AH KA : constante d’acidité du couple acide-base AH/A– pKA = – log10KA Acide fort Dissociation totale pH d’un acide fort : pH = − log10 Cmol /L condition d’application : solutions diluées C < 10–2 mol · L–1 Acide faible Dissociation partielle d’un acide faible AH : A– base conjuguée de l’acide AH pH d’un acide faible : pH = 1 (pK A – log10Cmol/L ) 2 Conditions d’application : – solutions diluées C < 10–2 mol · L–1 – acide peu dissocié a < 10–1 34 Livre 1.indb 34 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I Basicité des solutions ioniques Dissolution des bases B + H2O BH+ + OH– [BH+ ] [OH– ] KB = [B] KB : constante de basicité du couple acide-base BH+ /B pKB =– log10KB pH d’une base forte : pH =14 + log10Cmol/L condition d’application : solutions diluées C < 10–2 mol/L pH d’une base faible : pH =7 + 1 1 pK A + log10Cmol/L 2 2 conditions d’application : – solutions diluées C < 10–2 mol/L – base peu dissociée a < 10–1 Systèmes tampons Système tampon : mélange en solution d’un acide faible AH et de sa base conjuguée, dans des proportions du même ordre de grandeur (dans un rapport de 0,1 à 10). La variation de pH, induite par l’apport d’une solution de base ou d’acide, est beaucoup plus faible dans le système tampon que dans l’eau pure. [A – ] [H+ ] KA = [AH] pH =pK A + log10 cA– c AH Le pouvoir tampon est maximum à la demi-équivalence, quand [A–] = [AH]. On a alors pH = pKA 35 Livre 1.indb 35 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Les compartiments liquidiens de l’organisme Eau totale • environ 60 % de la masse corporelle • pourcentage inférieur chez la femme • pourcentage inférieur chez la personne âgée • pourcentage supérieur chez le nourrisson Liquide intracellulaire (LIC) ÂÂ environ 2/3 de l’eau totale chez un adulte, 40 % de la masse corporelle ÂÂ fortes variations de la composition suivant le type de cellules ÂÂ osmolarité : de l’ordre de 300 mOsm/L ÂÂ principal cation : K+ ÂÂ autres cations : Na+, Mg++, Ca++ ÂÂ principaux anions : protéines et phosphates organiques ÂÂ autres anions : Cl–, HCO3– Liquide extracellulaire (LEC) ÂÂ environ 1/3 de l’eu totale, séparés par les parois des capillaires sanguins : • secteur plasmatique : 7 % de l’eau totale (4 % de la masse corporelle) • secteur interstitiel : 28 % de l’eau totale (16 % de la masse corporelle) ÂÂ osmolarité : environ 300 mOsm/L ÂÂ principal cation des compartiments plasmatique et interstitiel : le sodium Na+ (92 % des cations du LEC) ÂÂ autres cations : K+, Ca++, Mg++ ÂÂ principaux anions : Cl–, HCO3– Liquides transcellulaires • environ 2 % de l’eau totale • liquide céphalo-rachidien • liquides des cavités séreuses Définitions ÂÂ Natrémie : concentration molaire de sodium par litre de plasma (valeur normale dans l’organisme : environ 142 mmol/L) ÂÂ Protéinémie (ou protidémie) : concentration de protéines dans le plasma (normale 70 g/L environ) ÂÂ Hématocrite : rapport du volume occupé par les globules rouges sur le volume total du sang (valeur normale : environ 45 %) ÂÂ Volémie : volume sanguin global 36 Livre 1.indb 36 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I Méthode d’étude des compartiments hydriques : dilution d’un traceur Dilution d’un traceur : Méthode d’étude des compartiments hydriques la plus utilisée Définition d’un traceur Substance non métabolisée, facilement détectable et mesurable, diffusant en principe uniquement dans le compartiment étudié. Principe de la mesure du volume d’un compartiment liquidien ÂÂ introduction d’une quantité connue (n moles) d’un traceur dans l’organisme ÂÂ prélèvement d’un échantillon après que l’équilibre de diffusion du traceur soit atteint. ÂÂ mesure de la concentration C du traceur dans l’échantillon prélevé ÂÂ calcul du volume V du compartiment : V= n C Si le traceur est une substance endogène (existant dans l’organisme), il est nécessaire de marquer radio-activement le traceur introduit dans l’organisme pour la distinguer de la substance déjà présente dans l’organisme Exemples de traceurs ÂÂ pour la mesure du volume extracellulaire : mannitol, sulfate radioactif ÂÂ pour la mesure du volume plasmatique : albumine radio-active ÂÂ pour la mesure de l’eau totale de l’organisme : urée radio-active, eau radioactive, antipyrine 37 Livre 1.indb 37 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé Perte isotonique en eau et en ions sodium Perte de solution hypotonique Les additions ou pertes d’eau ou de substances osmotiquement actives, essentiellement les ions sodium, affectent en premier lieu le milieu extracellulaire (EC) Situation pathologique 1 : perte isotonique en eau et en ions sodium Perte simultanée et proportionnelle d’eau et d’ions sodium ÂÂ origine : brûlures étendues, vomissements aigus, certaines insuffisances rénales ÂÂ conséquences : déshydratation extracellulaire isolée • milieu EC : déshydratation avec pression osmotique inchangée • pas de transport d’eau entre milieu intracellulaire (IC) et milieu EC • pas de modification du milieu IC ÂÂ signes biologiques : • natrémie normale car perte simultanée d’eau et d’ions sodium • hématocrite augmenté car perte d’eau (volume sanguin diminué) sans modification du nombre de globules rouges dans le lit vasculaire • protéinémie augmentée (hyperprotéinémie) car perte d’eau (volume plasmatique diminué) sans modification des protéines dans le lit vasculaire ÂÂ signes cliniques : perte de poids rapide, persistance du pli cutané (perte d’élasticité de la peau), hypotension artérielle Situation pathologique 2 : perte de solution hypo-tonique Perte d’eau avec perte moindre d’ions sodium ÂÂ origine : diarrhée aigüe du nourrisson, sudation exagérée chez le nourrisson, insuffisance d’apport d’eau, certaines atteintes rénales ÂÂ conséquences : déshydratation globale (associant déshydratation EC et déshydratation IC) • milieu EC : déshydratation avec augmentation de la pression osmotique • transport d’eau du milieu IC vers le milieu EC, visant à rétablir l’équilibre isotonique entre les deux compartiments • milieu IC : apparition d’une déshydratation ÂÂ signes biologiques : • hématocrite augmenté (liée à la déshydratation EC) • protéinémie augmentée (liée à la déshydratation EC) 38 Livre 1.indb 38 20/11/13 08:37 Les solutions aqueuses et le milieu intérieur I • natrémie augmentée ; la déshydratation IC correspond à une augmentation de la pression osmotique IC. Du fait de l’équilibre osmotique entre les deux compartiments, le compartiment EC est également hypertonique, et les ions Na+ représentant environ 90 % des cations extracellulaires, la natrémie est augmentée Remarque : bien que l’ion sodium soit essentiellement extracellulaire, la natrémie donne des informations concernant le milieu intracellulaire : une hypernatrémie témoigne d’une déshydratation intracellulaire, une hyponatrémie d’une hyperhydratation intracellulaire ÂÂ signes cliniques : persistance du pli cutané, hypotension artérielle, soif, sécheresse des muqueuses (notamment au niveau de la face interne des joues) 39 Livre 1.indb 39 20/11/13 08:37 I La structure de la matière et le milieu intérieur Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé Apport isotonique en eau et en ions sodium Apport de solution hypo-tonique Situation pathologique 3 : apport isotonique en eau et en ions sodium Il s’agit d’un apport simultané et proportionnel d’eau et d’ions sodium ÂÂ origine : perfusion de soluté salé isotonique ÂÂ conséquences : il s’agit d’une hyperhydratation extracellulaire isolée • milieu extracellulaire : hyperhydratation avec pression osmotique inchangée • pas de transport d’eau entre milieu intracellulaire et milieu extracellulaire • pas de modification du milieu intracellulaire ÂÂ signes biologiques : • natrémie normale car apport simultané d’eau et d’ions sodium • hématocrite diminué • protéinémie diminuée (hypoprotéinémie) ÂÂ signes cliniques • prise de poids rapide • œdèmes (augmentation du volume liquidien interstitiel) • augmentation de la pression artérielle pouvant aller jusqu’à une hypertension artérielle Situation pathologique 4 : apport de solution hypotonique Il s’agit d’un apport d’eau avec apport moindre d’ions sodium ÂÂ origine : perfusion d’une solution hypotonique ÂÂ conséquences : • milieu extracellulaire : hyperhydratation avec diminution de la pression osmotique • transport d’eau du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire, visant à rétablir l’équilibre isotonique entre les deux compartiments • milieu intracellulaire : apparition d’une hyperhydratation • il s’agit d’une hyperhydratation globale (associant hyperhydratation extracellulaire et hyperhydratation intracellulaire) ÂÂ signes biologiques : • hématocrite diminué (lié à l’hyperhydratation extracellulaire) • protéinémie diminuée (liée à l’hyperhydratation extracellulaire) • natrémie diminuée (liée à l’hyperhydratation intracellulaire) 40 Livre 1.indb 40 20/11/13 08:37 Index Livre 1.indb 565 20/11/13 08:40 Index A absorbance et transmittance 335 absorption 437 de photons 437 accélérateur linéaire 445 accommodation 376 acide 34 faible 34 fort 34 activation 123 activité A 422 acuité visuelle 377 adhérence 175 ADN 484 aérosol 15 agents de contraste en IRM 560 aimant 551, 559 aimantation longitudinale 556 transversale 556 alvéoles 197 amétropie sphérique 378, 379 amplificateur de luminance 47 amplification 33 amplitude d’accommodation A 376 de l’onde 291 angles de contact 163 anions 98 antenne 559 antineutrino 419 antiparticules 59 antiquark 59 aorte 190 apoptose 486 apport hypertonique 42 hypotonique 42 isotonique 42 artéfact 518, 531, 559 artère élastique 193, 194, 195 mixte 193 musculo-élastique 194, 196 artériole afférente 242 efférente 242 arythmie 133 astigmatisme 381 conforme à la règle 382 hypermétropique composé 382 hypermétropique simple 382 irrégulier 381 mixte 382 myoptique composé 382 myoptique simple 382 non conforme à la règle 382 régulier 381 atmosphère 143 atome 401 d’hydrogène 403 ATP 261 atténuation 317 autoprotolyse 34 axe de Bailey 131 électrique du cœur 132 axone 117 B bandelette optique 375 bande passante 530 bar 143 barrette 517 baryons 59 base 35 bâtonnets 374 566 Livre 1.indb 566 20/11/13 08:40 Index Becquerel 422 Bel 316 bobines de gradients 559 bosons 58, 59 bottom 59 bouton synaptique 117 bradycardie 133 Bremsstrahlung 513 Brewster 331 brillance 504, 516 C capacité 78 calorifique 2 vitale 197 capillaire 193 péritubulaire 242 capillarité 163 capsule de Bowman 242 capture électronique 421 capture K 421 cations 98 célérité 291, 349 cellules excitables 113 musculaires 113 nerveuses 113 centre optique 355 césium 137 445 chaîne tympano-ossiculaire 313 chaleur 18 chambre d’ionisation 469 urinaire 242 champ magnétique 97, 551 champ visuel 375 changement d’état 16 charge électrique 73 du fluide 14 charm 59 chiasma 375 chronaxie 115 circulation lymphatique 239 pulmonaire 190 sanguine 190 systémique 190 clairance 243 cobalt 60 445 coefficien d’absorption 317 d’atténuation 317, 440 Compton 442 de dissociation 32 de filt ation 237 de friction moléculaire 219, 255 de matérialisation 443 de la membrane 236 de perméabilité diffusive 235 de réfl xion 234, 297 de transmission 297 global 444 linéaire linéaire d’absorption 335 massique photoélectrique 440 cœur 191, 192 compartiment hydrique 37 liquidien 37 complexe qRs 125 ventriculaire 133 567 Livre 1.indb 567 20/11/13 08:40 Index compliance 190 compteur Geiger-Muller 469 proportionnel 469 concentration 32 équivalente 32 molaire (molarité) 32 molale (molalité) 32 osmolaire (osmolarité) 32 osmolale (osmolalité) 32 pondérale 32 condensateur 78 condition de Bragg 337 de Gauss 351 conductance 114 conductivité électrique 99 cônes 374 constante radioactive 422 de Rydberg 403 spécifique du débit de dose 47 de temps 103 construction géométrique d’une image 354 d’image 357 contraction isovolumétrique 192 contrainte de cisaillement 175 contraste 505, 515 convection 219, 225 convergence 352, 356 conversion interne 416 coronaropathie 133 couche de demi-atténuation CDA 444 lipidique 233 courant électrique 99 courants transitoires 103 création de paires 443 cristal piézo-électrique 530 cryoscopie 33 Curie 422 curiethérapie 439, 483 cut-off 234 cycle cardiaque 124, 191 D débit cardiaque 191 convectif 222 de dose 471, 473 diffusif 222 électrique à travers une surface 222 de matière 221 en moles de particules 221 molaire (ou flux) molaire diffusif 22 du solvant 221 volumique 176 Debye 80 décibel 316 degré d’amétropie 378, 379 d’astigmatisme 381 demi-vie 422 densité convectif 222 de courant 99 de débit 221 diffusif 222 électrique 222 linéique d’ionisation (DLI) 457 molaire des noyaux d’hydrogène 558 optique (DO) 516 volumique volumique d’énergie 79 déplacement particulaire 314 568 Livre 1.indb 568 20/11/13 08:40 Index dépolarisation membranaire 116 dérivation 125, 127 augmentées 128 D1 129 D2 et D3 129 dipolaires frontales 129 frontales 128 précordiales 130 unipolaires 128 détecteur 468, 470 d’ionisation à gaz 469 liquide 470 à scintillation solide 470 diamagnétisme 554 diastole 191 différence de marche 300 de phases 279 diffraction 299, 332 d’électrons 299 de neutrons 299 des rayons X 299, 337 diffusion 219 Compton 441 de masse 220 Raman 406 Rayleigh 336, 406 dimensions 3 dinitrophénol 261 dioptre 351 sphérique 352 dipôle électrostatique 80 magnétique 551 dissociation ionique 29 distances focales 353 Doppler continu 533 tissulaire 533 dose 474 absorbée 471, 473 efficace 47 engagée 474 équivalente 474 létale 50 487 létale moyenne 487 dosimétrie 467 double effet Doppler 298, 533 double transformée de Fourier 559 down 59 dualité onde-particule 60 durée de vie 422 dynamique (en dB) 532 E eau 29 totale 36 ébulliométrie 33 écho 529 de spin 558 écho-Doppler à codage couleur 533 pulsé 533 échographie 532 mode A 531 mode B 531 éclairement énergétique 472 écrans renforçateurs 516 effet Auger 438 cancérogène 491 déterministe 489 Donnan 239, 257 Dopppler-Fizeau 298 héréditaire 491 photoélectrique 440 Purkinje 374 stochastique 491 569 Livre 1.indb 569 20/11/13 08:40 Index efficacité biologique relati e (EBR) 474 Einthoven 126, 127 éjection systolique 192 élastance 165, 194 électrocardiogramme 125 électrolytes 99 électron Auger 416, 421, 440, 459, 460 Compton 441 électronthérapie 439 électronvolt 5 électrophysiologie 121 éléments figurés 18 émission 437 alpha 418 bêta moins 419 bêta plus 420 stimulée 334 emphysème 197 émulsion 15 endothélium 193 énergie 18 cinétique 17, 278, 282 électrostatique 75 interne 18 de liaison 415 libre 20 mécanique 278 potentielle 75, 76, 80, 278, 282 enthalpie 20 de Gibbs 20 libre 20 entropie 20 équation de continuité 146, 221 d’Euler 313 de Nernst-Planck 256 équilibre de Donnan (ou Gibbs-Donnan) 257 hydrosodé 38, 40 de régime 424 séculaire 424 de Starling 239 équipotentielles 77 érythrocytes 189 expiration 197 exploration échographique 529, 531 F facteur de Landé 552 Faraday 20 fermions 59 feuillet élémentaire 122 fibre 19 cardiaque 125 de collagène 193 d’élastine 193 musculaires 193 myélinisée 117 nerveuse 111 optique 350 filt ation 219, 237 glomérulaire 243 Fletcher-Munson 316 fluence énergétique 47 fluide 14 Newtonien 175 parfait 146 réel 175 fluorescence 416, 421, 438, 440, 459, 460 flu diffusif transmembranaire 235 électrodiffusif 256 d’énergie 472 d’entraînement 225 molaire diffusif 225 de solvant 236, 237 transmembranaire 570 Livre 1.indb 570 20/11/13 08:40 Index force de Coulomb 57 de Debye 404 électrostatique 73 faible 58 forte 57 de freinage 175 de frottement 219 inter-atomiques 404 de Keesom 404 de Laplace 97 de London 404 de Newton 57 nucléaire foyer 353 image 353 objet 353 principal 353 fraction massique (titre) 32 free induction decay 559 fréquence 279, 329 de Larmor 555 propre 281 du rythme cardiaque 133 G gadolinium 560 gain 530 gamma-caméra 544 gaz 143 parfait 17, 143 réel 17 globule blanc 189 globule rouge 189, 241 gluons 59 Goldman 258 Goldman-Hodgkin-Katz 258 gradient de champ 559 de pression hydrostatique 225 grandissement transversal 354 gravitation 57 graviton 57 Gray 471 grossissement commercial de la loupe 360 H harmoniques 279 hauteur d’un son 313 Heisenberg 61 hématies 189 hématocrite 36, 189 Higgs 59 hydratation 30 hydrostatique 143 hypermétropie 379 hyperopie 379 hyperprotéinémie 38 hyperson 313 hypertrophie ventriculaire 132 I image 351, 358, 359 numérique 505 radiante 515 réelle 351 virtuelle 351 imagerie analogique 503 Doppler 533 par émission 503 médicale 445 numérique 504 571 Livre 1.indb 571 20/11/13 08:40 Index par réfl xion 503 scintigraphique 483, 503, 543 tomographique 503 par transmission 503 impédance 293 acoustique 293 influ myocardique 124 nerveux 115, 117 infra-rouge (IR) 330 infrason 313 inspiration 197 intensité acoustique 315 du courant 99 d’une onde 293 du rayonnement 472 interaction faible 58 forte 57 interférence 300 ionisation(s) 459, 460 en cascade 458 irradiation externe 467, 483 interne 467, 483 partielle aigüe 489 totale aigüe 489 K Kelvin 17 Kerma 471 L laser 334 latitude de mise au point 361 lentille 356 convergente 358 correctrice 378, 379 divergente 359 mince 355 mince convergente 355 mince divergente 355 sphérique 381 leptons 59 lésion du muscle cardiaque 133 leucocytes 189 levier hydraulique 144 libre parcours moyen 444 ligne de champ 77 de courant 146 liquide 143 extracellulaire 36 intracellulaire 36 transcellulaire 36 loi de Beer-Lambert 335, 514 de Bloch 557 de Bragg et Pierce 440 de conservation 282 de Coulomb 73 de Dalton 17 de Henry 30 de Hooke 165 de Jurin 163 de Kirchhoff 101 de Laplace 164 des mailles 101 des nœuds 101 d’Ohm 99 de Poiseuille 177 de Raoult 33 de Snell-Descartes 349 de Stefan 333 de Wien 333 572 Livre 1.indb 572 20/11/13 08:40 Index longueur d’onde 5, 291, 329 loupe 360 lumière visible 330, 374 M magnétisme 552, 554 magnéton de Bohr 552 mammographie 512 marqueur 543 masse molaire 7 masse volumique 29 matérialisation 443 média 193 membrane 234 basilaire 313 biologique 233 biologiques 235 dialysante 234 glomérulaire 242 idéale 234 idéale semi-perméable 234 partiellement perméables 235 perméable 234 mésomorphe 15 mésons 59 MeV/c2 4 micro-ondes 330 microscope optique 361 migration 219 milieu extracellulaire 122 ferromagnétique 554 intracellulaire 122 mobilité électrique 98, 225, 255 mécanique 225 modèle cellulaire 487 en couches du noyau 416 d’Einthoven 126 modulation d’amplitude 295 module d’Young 165 molécule diatomique 405 moment cinétique 62 dipolaire 29, 80 intrinsèque 402, 552 magnétique nucléaire 553 orbital 62, 402, 552 mort cellulaire 489 mousse 15 muon 59 muscle cardiaque 124 myopie 378 N natrémie 36 nerf cochléaire 313 optique 375 neurone 115 neutrino 59, 420 niveau d’énergie 401, 403 moléculaire 405 sonore 316 niveaux de gris 516 nœuds de vibration 296 nombre angulaire 5, 329 de masse 415 d’onde 329 quantique magnétique orbital 402 de Reynolds 180 noyau 415 fils 42 fils insta le 424 573 Livre 1.indb 573 20/11/13 08:40 Index fils sta le 423 père 423 radioactifs 415 numéro atomique 415 O objectif 361 objet 351 réel 351 virtuel 351 octave 313 oculaire 361 œdème 240 œil 373 emmétrope 373 réduit de Listing 373 onde 291 acoustique 313 électromagnétique 329 de gravité 299 longitudinale 292 P 125 progressive sinusoïdale 291 réfléchie 29 sonore 313 stationnaire 296 T 125 transmise 297 transversale 292 opposition de phase 279 oreillette 125, 126, 190 oscillateur harmonique 279, 281 amorti 283 oscillation forcée 283 osmolalité 236 osmolarité efficace 24 osmole 32 osmose 236 ouabaïne 261 oxygen enhancement ratio 484 P paradoxe hydrostatique 144 paramagnétisme 554 parois artérielles 193 particule alpha 460 de fluide 14 messagère 57 partiels 318 Pascal 143 période 279, 329, 422 propre 281 spatiale 291 temporelle 291 perméabilité hydraulique 236, 238 membranaire 116 permittivité 73 diélectrique 29 du vide 73 perte de charge par unité de longueur 177 hypertonique 42 hypotonique 42 isotonique 38, 42 pH d’une solution 34 phospholipides 233 photomultiplicateur 470 photon 57, 60 physiopathologie 38, 40 physique quantique 55 pions 57 pitch 518 Planck 60 plan de coupe 517 574 Livre 1.indb 574 20/11/13 08:40 Index plasma 33, 189 pointe de potentiel 115 Poiseuille 219 polarisation 331 circulaire 331 elliptique 331 d’une membrane 113 rectiligne 331 polaroïds 331 pompe électrogène 261 Na+-K+ 261 porosité de la membrane 234 portée des forces 57 porteurs de charge 98 positions de Gauss 82 positon 443, 459 post-potentiels 115 potentiel 76, 122 d’action 115, 117, 125 chimique 20, 220 électrochimique 20 électrostatique 76 d’équilibre 114 membranaire 113 de Nernst 114 de repos 113 précession de Larmor 555 première loi de Fick 223 premier principe de la thermodynamique 18 pré-potentiel 115 presbytie 376 pression acoustique 313, 314 artérielle 145 diastolique 145 hydrostatique 143 oncotique 239 osmotique 236 systolique 145 transmurale 195 principe de Fermat 349 produit de contraste 515 ionique 29 de l’eau 34 profondeur de champ 532 d’exploration 531 protéinémie 36 protéines membranaires 233 protonthérapie 439 proximité 376 puissance 277, 293, 352, 356 acoustique 315 du dioptre sphérique 352 instantanée 315 intrinsèque 360 de la loupe 360 du microscope 361 pulsation 279, 329 propre 281 punctum proximum PP 376 punctum remotum PR 376 Purkinje 125 Q quadrature de phase 279 quarks 59 R rad 471 radicaux libres 484 radioactivité bêta moins 419 bêta plus 420 575 Livre 1.indb 575 20/11/13 08:40 Index radiodiagnostic 483 radioélément 415 radiofréquence 330 radiographie des os 512 du thorax 512 radiologie standard 516 radiolyse de l’eau 484 radionucléide 415 radio-pharmaceutique 543 radiosensibilité 486, 488 d’un tissu 488 radiothérapie 445, 467, 483 radiotraceur 543 rapport de Donnan 257 gyromagnétique 552 signal sur bruit 504 rayon cosmique 330 dur 513, 514 gamma 330 intermédiaire 513, 514 mou 513, 514 X 511 rayonnement du corps noir 333 gamma 416 ionisant 439, 467 thermique 333 réfl xion 349 réfraction 350 régime laminaire 180 turbulent 180 relation de conjugaison 352, 356 de De Broglie 60 d’Einstein 223 de Heisenberg 61 de Planck-Einstein 60 relaxation de l’aimantation 557 isovolumétrique 192 spin-réseau 557 spin-spin 557 rendement 512 réparations de l’ADN 486 fautives 485 fidèles 48 réseau artériel 190 capillaire 190 veineux 190 résistance hydraulique 178, 179 ohmique 100 résistivité 98 résolution axiale 532 en intensité 504 latérale 532 spatiale 504 résonance 283 magnétique nucléaire 556 respiration 197 rétine 374 rétroprojection 517 rhéobase 115 rhéofluidification 1 S sang 189 scanner spiralé 518 576 Livre 1.indb 576 20/11/13 08:40 Index X 439, 517, 518 scintigraphie 439 seconde loi de Fick 224 second principe de la thermodynamique 20 série de Balmer 403 de Lyman 403 Sievert 474 sol 15 solénoïde circulaire 551 soluté 31 solution 31 cristalloïde 31 hypo-tonique 38 idéale 31 macromoléculaire 31 solvant 31 solvatation 30 solvent drag 225 soma 117 son complexe 318 pur 318 sondes ultrasonores 530 spectre 280 d’émission 403 spectroscopie d’absorption 335 sphygmomanomètre 145 spin 62, 402 stigmatisme 351 stimulus 115 strange 59 substances ferromagnétiques 560 surfactant pulmonaire 197 suspension 31 synoviorthèse isotopique 483 système international d’unités 3, 4 système optique 351 systole 191 T taches de Laüe 337 tachycardie 133 tampon 35 tau 59 taux de cisaillement 175 taux de survie 487 temps d’écho 558 longitudinale 557 de relaxation 557 de répétition 558 transversale 557 temps mort 468 tensiomètre 145 tension artérielle 145 superficielle 16 Tesla 551 théorème de Bernoulli 146 de Fourier 280 de Pascal 144 de Radon 517 tissu myocardique 124 nodal 124 tomodensitométrie X 439, 517 tomographie à émission de positons 483 par émission de positons 439, 545 tonicité 241 tonneau de Pascal 144 torr 143 tracés électrocardiographiques 133 traceur 37, 543 transducteur 530 transfert linéique d’énergie (TLE) (ou TEL) 457 577 Livre 1.indb 577 20/11/13 08:40 Index transformations adiabatiques 19 isobares 19 isochores 19 isothermes 19 thermodynamiques 19 transitions radioactives 417 transport actif 114, 261 électrodiffusif 114 facilité 259 passif 255, 256 travail 18, 277 moteur 277 résistant 277 trous 98 truth 59 tube de Coolidge 511 radiogène 512, 514 tubule rénal 242 tympan de l’oreille 313 U ultrafilt at 242 ultrasons 313, 529 ultra-violet (UV) 330 unité 4 Hounsfield 51 de masse atomique 4 de pression 143 spéciale 6 usuelle 5 up 59 urine primitive 242 V vaisseaux 193 Van der Waals 17 vecteur cardiaque 126, 127 d’onde 292 position 292 vectocardiogramme 126 ventilation pulmonaire 197 ventres de vibration 296 ventricule 125, 126, 190 vergence 352, 356 vibration fondamentale 280 périodique 279 viscosité 175 vision photopique 374 scotopique 374 vitesse particulaire 314 de vibration 313 voies optiques 375 volémie 36 volume télédiastolique 191 télésystolique 191 voxel 504 Y Yukawa 57 Z zone de vision distincte 376 578 Livre 1.indb 578 20/11/13 08:40 PACES Cet ouvrage recouvre tout le programme de Physique et de Biophysique de l’unité d’enseignement UE3. Il permet de répondre à des questions de cours ou facilite la résolution d’exercices, à partir de 226 fiches de révision, chacune d’entre elles correspondant à des mots-clefs du programme de physique ou de biophysique. De nombreuses QCM, avec leurs solutions détaillées, permettent aussi à l’étudiant de vérifier ses connaissances et la compréhension de chaque thématique. LES + • De nombreux exercices et QCM corrigés et expliqués • Strictement conforme au programme de l’UE3 • De nombreux schémas • Une mise en valeur des éléments à retenir Fiches de révision et QCM PHYBIOSAN_S_deboeck 10/10/13 14:41 Page1 Pierre Peretti UE3 PAES, Aspects fonctionnels Conception graphique : Primo&Primo UE3 PAES, Bases physiques des méthodes d’exploration 978-2-8041-8283-0 9 782804 182830 PHYBIOSAN www.deboeck.com Pierre Peretti Études de santé Pierre Peretti est professeur émérite à la faculté des sciences fondamentales et biomédicales de l'Université Paris-Descartes (Sorbonne Paris Cité). DANS LA MÊME COLLECTION Fiches de révision et QCM TOUTE LA PHYSIQUE ET LA BIOPHYSIQUE
