TS-V.1-ACT1-Du macroscopique au microscopique

TS – V.1 Transfert d'énergie entre système macroscopique Activité 1
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-I- Du macroscopique: Les étoiles à neutrons . -------------------------------2
-II- Au microscopique: La microscopie . --------------------------------------3
Documents: ---------------------------------------------------------------- 3
Etude des documents: -------------------------------------------------------- 4
1.1. Voir l'infiniment petit. --------------------------------------------------------- 4
2.1. Le microscope à force atomique. ------------------------------------------------- 4
Notions et contenus :
• Constante d’Avogadro.
Compétences attendues :
• Extraire et exploiter des informations sur un dispositif expérimental permettant de visualiser les atomes et les
molécules.
• Évaluer des ordres de grandeurs relatifs aux domaines microscopique et macroscopique.

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-I- Du macroscopique: Les étoiles à neutrons.
Les supernovae sont des explosions impressionnantes d'étoiles très massives qui marquent le
stade final de la vie de ces étoiles. Étudions les ordres de grandeur associés à ces phénomènes
stellaires spectaculaires.
Extraire des informations:
a) Relever dans un tableau les valeurs numériques citées dans les documents ci-dessus concernant la masse
et la taille d'une étoile super géante dans différentes phases de sa vie.
Interpréter les documents:
b) Rappeler l'ordre de grandeur de la taille du noyau atomique et le comparer à l'ordre de grandeur de la
taille du « noyau» évoqué dans le texte, appelé aussi étoile à neutrons.
c) Rappeler l'ordre de grandeur de la masse d'un neutron et le comparer à l'ordre de grandeur de la masse
de l'étoile à neutrons.
d) En considérant que l'étoile à neutrons est constituée essentiellement de neutrons, calculer l'ordre de
grandeur du nombre de neutrons dans cette étoile.
e) Déterminer l'ordre de grandeur de la quantité de neutrons (en mole) contenue dans l'étoile.
f) Calculer le volume de l'étoile à neutrons, considérée comme sphérique, et en déduire ordre de grandeur
de la densité volumique de cette étoile. Ce résultat confirme-t-il la dernière phrase du texte?
Conclure:
g) Rédiger une courte synthèse argumentée pour justifier la densité extraordinaire de l'étoile à neutrons.
Données:
• Masse solaire: unité de masse égale à la masse du Soleil: Ms= 1,989 x10
30
kg.
• Rayon solaire: le Soleil n'est pas une sphère parfaite. Cependant, son rayon est évalué à:
R
S
= 7,O.10
5
km

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-II- Au microscopique: La microscopie.
Documents:
3 Vocabulaires:
- La topographie d'une
surface est une représentation
des détails de cette surface (et
donc ici des entités
constituant l'échantillon).
- La résolution est la plus
petite dimension que
l'appareil peut détecter.

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j∞f Il faudrait essayer d'être heureux, ne serait-ce que pour donner l'exemple. 4/4
Etude des documents:
1.1. Voir l'infiniment petit.
La structure de la matière est décrite par le modèle atomique depuis l'Antiquité, mais il a fallu
attendre la toute fin du xx: siècle pour pouvoir l'« observer ».
h) Rappeler le domaine des longueurs d'onde du visible.
i) En déduire la limite de résolution des microscopes optiques.
j) Donner les deux noms des microscopes en champ proche cités dans le texte figure 4.
k) Leur mode de fonctionnement est-il comparable à celui d'un microscope « classique» ? Expliquer.
l) Les couleurs observées sur les images obtenues figure 2 correspondent elles aux couleurs des atomes?
m) D'après la figure 1, quel est le rapport de grandeur entre les dimensions accessibles par l'œil humain et
celles accessibles par un microscope en champ proche?
Pour conclure:
n) Les microscopes en champ proche permettent-ils de «voir» au sens propre les atomes?
2.1. Le microscope à force atomique.
La recherche de l'infiniment petit amène les scientifiques à développer des instruments
toujours plus précis. Le microscope à force atomique permet actuellement d'observer et d'étudier des
objets de taille proche de celle de l'atome!
Comprendre les documents:
o) Quel est le rôle du balayage dans un microscope à force atomique?
p) Quel est le rôle du laser et du photodétecteur ?
q) Citer un élément qui limite la résolution du microscope à force atomique.
Interpréter les documents:
r) La couleur vue sur le document 7 est-elle la couleur réelle des atomes?
s) Quelle est la surface, en m
2
, de cette image?
t) Quelle est l'ordre de grandeur du nombre d'atomes de tungstène par m² ?
u) Quelle est l'ordre de grandeur du rayon atomique d'un atome de tungstène?
Conclure:
v) Faire une recherche pour déterminer la résolution maximale du microscope optique et celle ou
microscope à force atomique.
w) Est-il possible de « voir» des atomes?
x) Peut-on observer des fluides avec un microscope à force atomique?