QCM annales 2012

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PACES
UE 3 1ère partie
Session de Décembre 2012
DUREE TOTALE DE L'EPREUVE : 1h 30
Veuillez vérifier que ce cahier comporte 18 pages,
20 questions numérotées de 1 à 20 :
Questions 1 à 3 : États de la matière et leur caractérisation
Questions 4 à 8 : Les très basses fréquences du spectre électromagnétique
Questions 9 à 13 : Rayons X et gamma - Rayonnements particulaires
Questions 14 à 15 : Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG
Questions 16 à 20 : Le domaine de l’optique
La dernière page (page 18) est un formulaire.
• Les questions posées sont des questions à choix multiples (QCM), de type simple ou
à combinaison de propositions.
• Pour chaque question, il n'existe qu'UNE ET UNE SEULE BONNE REPONSE
(A, B, C, D, E, F ou G).
• Quand plusieurs valeurs numériques sont proposées, le candidat choisira la réponse
correspondant à la valeur numérique la plus proche de la valeur exacte.
Valeurs numériques à utiliser :
Ln2 = 0,69 ; Ln3 = 1,10 ; Ln5 = 1,61
log2 = 0,30 ; log3 = 0,48 ; log5 = 0,70
cos(45°) = sin(45°) = 0,707 ; cos(30°) = 0,866 ; sin(30°) = 0,5
Constantes :
π = 3,14 ; Constante des Gaz Parfaits : R = 8,31 unités S.I. ; 1 atmosphère = 101300 Pa = 750 mm Hg
Accélération de la pesanteur : g = 10 m.s
-2
; Zéro de l’échelle Celsius des températures : T = 273 K ;
Masse volumique de l’eau : ρ = 1 kg.l
-1
; Constante de Boltzmann : k = 1,38.10
-23
unités S.I. ;
Vitesse de la lumière dans l’air : c = 300.000 km.s
-1
; Constante de Planck h = 6,62 10
-34
J.s
Abréviations :
seconde : s ; mètre : m ; centimètre : cm ; Hertz : Hz ; électron-volt : eV ; gramme : g ; litre : l ; kilo : k
(ex: keV = kiloeV) ; kiloVolt : kV ; méga : M ; couche de demi-atténuation : CDA ; gray = Gy ;
milligray = mGy ; millisievert = mSv ; tesla : T ; joule : J

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Questions 1 à 3 : États de la matière et leur caractérisation
Question 1.
Soit Q la chaleur nécessaire pour faire subir à x moles d’eau les diverses transformations
(changements de température et de phase) suivantes, sous une pression atmosphérique
considérée constante :
- Étape 1. Passage de l’état solide à la température de –10°C,
à l’état liquide à la température de 0°C
- Étape 2. Passage de l’eau liquide de la température de 0°C à la température de 100°C
- Étape 3. Passage de l’état liquide à la température de 100°C
à l’état de vapeur à la température de 100°C
On donne :
- Chaleurs spécifiques massiques de l’eau liquide ( c
liq
) et solide ( c
sol
) :
c
liq
= 4,18.10
3
J.kg
-1
.K
-1
c
sol
= 2,06.10
3
J.kg
-1
.K
-1
- Chaleurs latentes de fusion (L
f
) et de vaporisation (L
v
) de l’eau :
L
f
= 330.10
3
J.kg
-1
L
v
= 2250.10
3
J. kg
-1
- Masse molaire de l’eau : M H
2
O = 18 g.mol
-1
Quelle est la proposition fausse ?
A. dans l’étape 1, la chaleur Q
2
nécessaire à la fusion des x moles d’eau à 0°C, est du
même ordre de grandeur que la chaleur Q
1
nécessaire pour les chauffer (sous forme
d’eau solide) de -10 à 0°C
B. l’étape 3 est nettement la plus consommatrice de chaleur, chaleur latente nécessaire au
réarrangement des atomes lors du changement de phase liquide-vapeur
C. si x = 100/18, alors la chaleur nécessaire à l’étape 2 est de 41800 J
D. si x = 100/18, alors la chaleur nécessaire à la fusion (cf. étape 1) est de 33 kJ
E. dans ces étapes, la chaleur est positive car on fournit de la chaleur au système
F. l’évaporation de x moles d’eau (transpiration) est plus efficace pour lutter contre la
chaleur du corps (humain), que la fonte de x moles de glace à 0° au contact du corps
G. si l’on prend non pas x moles, mais 2 x moles d’eau, la quantité de chaleur totale
nécessaire, grandeur extensive, ne sera plus Q, mais 2Q

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Question 2.
L'équation de van der Waals, équation d'état approchée pour les gaz réels, s’écrit de la
manière suivante pour une mole :
( ) RTbV
Va
P=−
+
2
; avec P la pression, V le volume et T la température absolue ; les
paramètres positifs a et b sont déterminés expérimentalement et dépendent du gaz considéré.
Ils permettent une correction tenant compte du volume des molécules d’une part, et
introduisant un terme d’interaction simple d’autre part.
En effet :
- le modèle des gaz parfaits ignore le fait que les molécules possèdent un volume
propre; le paramètre b , appelé covolume, représente le volume propre des molécules d'une
mole de gaz.
- des interactions autres que les simples chocs élastiques du modèle des gaz parfaits
existent entre les molécules ; le terme a/V
2
rend compte du caractère attractif des molécules
du gaz entre elles.
Quelle est la proposition exacte ?
A. le paramètre
b est d’autant plus important à prendre en compte que le volume V est
grand
B. le terme a/V
2
est d’autant plus important à prendre en compte que le volume V est
grand
C. on retrouve l’équation des gaz parfaits si la densité du gaz est très faible car V est alors
négligeable
D. l'équation de van der Waals rend aussi bien compte de l’allure générale des isothermes
que de l’existence des paliers de liquéfaction
E. dans l'équation de van der Waals, la dimension du paramètre a est celle du produit
d’une énergie et d’un volume
F. si l’on ré-écrit l'équation de van der Waals, sous forme :
2
V
a
b
V
RT
P−
−
= , on constate
que les forces attractives entre les molécules font que la pression d'un gaz réel est
supérieure à la pression d'un gaz idéal
G. dans l'équation de van der Waals, P est inversement proportionnel à V

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Question 3.
La diffusion est un type de déplacement moléculaire, notamment pour l’eau. Le débit molaire
diffusif J
d
de l’eau à travers une membrane peut s’écrire : J
d
= α
αα
α RT. ∆
∆∆
∆C
osm
, avec α
αα
α un
facteur dépendant de caractéristiques de la molécule d’eau et de la membrane, T la
température absolue, et ∆
∆∆
∆C
osm
la différence d’osmolalité entre les 2 faces de la membrane.
Quelle est la proposition fausse ?
A. la diffusion de l’eau à travers la membrane est dirigée du compartiment où l’eau est la
plus "concentrée" vers celui où elle l’est le moins, c’est-à-dire que sa diffusion se fait
dans le sens du gradient d’osmolalité
B. la diffusion de l’eau est en rapport avec l’agitation thermique
C. la diffusion de l’eau est influencée par la différence de pression de part et d’autre de la
membrane
D. la diffusion de l’eau à travers une membrane dialysante est supérieure à celle des
macromolécules
E. la diffusion de l’eau à travers une membrane est une "osmose", d’où la possibilité
d’utiliser le terme de "transfert osmotique" pour décrire son transfert diffusif à travers
la membrane
F. la diffusion est un phénomène passif, par opposition au transfert actif où l’énergie
nécessaire au transfert est d’origine membranaire
G. le facteur α
αα
α dépend notamment de l’épaisseur de la membrane
Questions 4 à 8 :
Les très basses fréquences du spectre électromagnétique
L’énoncé suivant concerne les questions 4 à 8.
Soient 2 échantillons de tissu cérébral A et B, chacun étant considéré comme homogène. On
réalise une expérience de RMN successivement sur l’échantillon A puis l’échantillon B
(appelés respectivement A et B dans la suite).
Il s’agit de RMN du proton dans un aimant B
0
de 7 tesla. La séquence choisie (cf. schéma ci-
dessous) commence par une première impulsion de 90° (au temps t égal à 0), suivie d’une
deuxième impulsion de 90° (au temps T
R
), puis d’une impulsion de 180° un temps τ
ττ
τ plus
tard (avec 2 τ
ττ
τ = T
E
). T
R
est le temps de répétition, et T
E
le temps d’écho.

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Question 4.
Quelle est la proposition exacte ?
A. la fréquence de précession des protons dans le champ B
0
est égale à 7 γ
γγ
γ
p
/2 π , soit
approximativement 300 Hz
B. la fréquence de précession des protons de l’eau de A est sensiblement différente de
celle des protons de l’eau de B
C. la fréquence de l’onde radiofréquence utilisée est la même pour l’impulsion de 90° et
celle de 180°
D. un émetteur radiofréquence de bande passante large couvrant la gamme 10 à 45 MHz
dans cet aimant B
0
peut mettre en résonance des noyaux de phosphore 31
E. l’impulsion radiofréquence peut être considérée comme une pression très brève
appliquée sur les tissus en résonance
F. l’impulsion radiofréquence est d’autant plus intense que l’angle de bascule de
l’aimantation est faible (par exemple 90° par rapport à 180°)
G. l’impulsion radiofréquence correspond à un gradient de champ magnétique
On donne :
- Rapport gyromagnétique du proton : γ
γγ
γ
p
/2 π = 42,57 MHz.T
-1
- Rapport gyromagnétique du phosphore 31 : γ
γγ
γ
phos
/2 π = 17,25 MHz.T
-1
90° 90°
T
R
t
A
B
T
E