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chimie (seconde) · Chapitre 5 · Exercice de TD

Les quatre millions de tonnes du Soleil

Transformations Physiques et Nucléaires · Fusion du Soleil et fission des centrales · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Le Soleil rayonne une puissance . En son cœur, quatre noyaux d'hydrogène finissent par former un noyau d'hélium 4 selon le bilan

et chacun de ces bilans libère une énergie .

Données : ; énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235 : ; énergie libérée par la combustion d'un atome de carbone : .

1. Déterminer le coefficient par conservation de et de .
2. Calculer la masse convertie en énergie par le Soleil chaque seconde.
3. Calculer le nombre de noyaux d'hélium 4 formés chaque seconde.
4. Comparer l'énergie libérée par une fission à celle libérée par la combustion d'un atome de carbone. Que peut-on dire de l'ordre de grandeur qui sépare une transformation nucléaire d'une transformation chimique ?

Corrigé

1. Conservation de : , soit : elle est vérifiée quel que soit , car le positron a un nombre de masse nul. Conservation de : , donc . Le bilan s'écrit 2. En une seconde, le Soleil rayonne . La relation donne soit environ quatre millions de tonnes par seconde — une perte négligeable devant la masse totale du Soleil.
3. Chaque bilan libère , donc 4. : une fission libère environ cinquante millions de fois plus d'énergie que la combustion d'un atome de carbone. L'ordre de grandeur qui sépare le nucléaire du chimique va donc de à : c'est la raison pour laquelle quelques kilogrammes de combustible nucléaire remplacent des milliers de tonnes de charbon.

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