Bac STL : Sujet Physique-Chimie

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Partie I : imagerie par résonance magnétique pour un porteur d'implant cochléaire

I.1. Fonctionnement d'un appareil à imagerie par résonance magnétique (IRM). On prendra appui pour cette partie sur les documents 1, 2, 3 et 4.

I.1.1. Préciser le rôle joué par chaque grandeur physique dans la réalisation d'une image par un dispositif d'IRM.

I.1.2. Sachant que la fréquence f de l'onde émise par les noyaux d'hydrogène est proportionnelle à la valeur B de l'intensité du champ magnétique et qu'elle vaut 42,58 MHz pour 1,00 T, calculer la fréquence de l'onde en Hz quand l'appareil est réglé pour 1,50 T.

I.1.3. Préciser à quel domaine de longueurs d’onde appartient l'onde émise par les noyaux d'hydrogène pour une intensité de champ magnétique de 1,50 T. Vitesse des ondes électromagnétiques dans le vide ou dans l'air : c = 3,00.108 m.s-1.

I.1.4. Expliquer pourquoi la bobine supraconductrice permet d'obtenir un champ magnétique intense.

I.1.5. Classer les champs magnétiques du document 4 par intensité croissante sur le document réponse 1 à rendre avec la copie. Comparer alors l'intensité du champ magnétique de l'appareil IRM à celles des champs magnétiques courants.

I.2.Variations de l'intensité du champ magnétique autour de l'appareil IRM

I.2.1. Donner sur le document réponse 2 à rendre avec la copie (zoom de la salle d'examen) un encadrement de la valeur de l’intensité du champ magnétique 𝐵𝐴 ⃑⃑⃑⃑ au point A.

I.2.2. Quel est le nom de l'appareil qui permet de mesurer la valeur d'un champ magnétique ?

I.2.3. Comparer, en utilisant le document 5, le champ magnétique régnant dans le local de commandes au champ magnétique terrestre.

I.2.4. Entourer sur le document réponse 3 à rendre avec la copie le(s) pictogramme(s) qui doivent figurer sur un appareil IRM.

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Partie II: alimentation de l'implant cochléaire.

L'implant cochléaire fonctionne grâce à des piles zinc-air p675. 

L'électrolyte de la pile zinc-air est basique (il y a présence d'ions HO-). Les deux demi équations électroniques modélisant les réactions à chacune des électrodes sont :


(1) Zn + 2 HO- = ZnO + H2O + 2 e-

(2) O2 + 4 e- + 2 H2O = 4 HO-

II.1.Fonctionnement de la pile zinc-air

II.1.1. D'après le schéma du document 6 et les demi-équations ci-dessus, dans quel sens circule le courant électrique dans le processeur de l'implant ? Justifier votre réponse. II.1.2. Pour cette électrode de zinc, le couple oxydant/réducteur est ZnO/Zn. Quel est l'autre couple mis en jeu dans la pile ?

II.1.3. Vérifier à partir des deux demi-équations électroniques que l'équation qui traduit le fonctionnement de la pile est :
2 Zn(s) + O2 = 2 ZnO(s)

II.1.4. Justifier le nom de pile zinc-air.