Physique avancée – circuits en courant alternatif, imagerie médicale, physique quantique
PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ans
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Connectez-vous pour lancerTrois thèmes de physique dans une simulation, choisis avec le paramètre du thème. Courant alternatif : un circuit R, L, C série avec les courbes de u et i déphasées, un diagramme de Fresnel et la courbe de résonance de I en fonction de la fréquence. La physique au service du diagnostic médical : un faisceau de rayons X traverse les tissus mous et l'os pour former une radiographie selon la loi d'absorption I = I₀e^(−μx), ou une impulsion ultrasonore se réfléchit sur une interface pour mesurer une profondeur. Physique quantique : une lumière de longueur d'onde choisie éclaire un métal, et l'on voit si l'effet photoélectrique se produit ainsi que l'énergie cinétique initiale maximale des électrons émis.
Leçon : Courant alternatif ; la physique au service du diagnostic médical ; physique quantique
Ce qu’elle montre
Trois thèmes de physique appliquée et moderne sont modélisés côte à côte. Le thème du courant alternatif est un circuit RLC série : la réactance inductive ωL augmente et la réactance capacitive 1/(ωC) diminue avec la fréquence ; à f₀ = 1/(2π√(LC)), elles se compensent, l'impédance vaut R et l'intensité est maximale, en phase avec la tension. Le thème médical applique l'absorption exponentielle des rayons X, I = I₀e^(−μx), et la mesure du temps d'écho en échographie, t = 2d/v. Le thème quantique montre l'effet photoélectrique : des électrons ne sont émis que si l'énergie du photon hc/λ dépasse le travail d'extraction du métal.
Mode d’emploi
Choisissez un thème avec les onglets. Dans Courant alternatif, faites glisser sur le graphique pour changer la fréquence en observant le diagramme de Fresnel et la courbe I–f, puis cliquez sur Régler à la résonance ; modifiez la Résistance R du circuit pour comparer la forme du pic. Dans Diagnostic médical, utilisez Passer à l'échographie et Passer aux rayons X pour comparer les deux méthodes. Dans Physique quantique, faites glisser pour changer la longueur d'onde et cliquez sur Changer de métal pour comparer potassium, zinc et argent.
Paramètres modifiables
- Thème actuel 1. Courant alternatif (circuit RLC), 2. La physique au service du diagnostic médical, 3. Physique quantique (effet photoélectrique)
- Fréquence du courant alternatif 10–200 Hz
- Résistance R du circuit 5–200 Ω
- Méthode de diagnostic Radiographie (absorption des rayons X), Échographie (réflexion des ultrasons)
- Longueur d'onde de la lumière qui éclaire le métal 200–700 nm
- Métal de la cathode Potassium (travail d'extraction 2,25 eV), Zinc (travail d'extraction 3,55 eV), Argent (travail d'extraction 4,78 eV)
Questions à explorer
- À la fréquence de résonance, quel est le déphasage entre u et i, et pourquoi l'intensité est-elle maximale ?
- Comment l'augmentation de R modifie-t-elle la hauteur et l'acuité du pic sur le graphique I–f ?
- À 400 nm, quels métaux parmi potassium, zinc et argent émettent des électrons, et quelle est la longueur d'onde seuil de chacun ?
