Section I (1 hour) Answer ALL questions

3. (c) (ii) le courant circulant à travers l'ampèremètre.
La tension de la source est $V = 240 \, \text{V}$.
Le courant total ($I$) est donné par la loi d'Ohm : $I = \frac{V}{R_{total}}$.

3. (c) (iii) la puissance consommée lorsque toutes les ampoules sont utilisées.
La puissance totale ($P$) est donnée par $P = V \cdot I$.

4. (a) Définissez les termes isotope et demi-vie.

• Un isotope est une variante d'un élément chimique qui possède le même nombre de protons (même numéro atomique) mais un nombre différent de neutrons, ce qui entraîne une masse atomique différente.
• La demi-vie est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs d'un échantillon se désintègrent.

4. (b) Calculez le rapport neutron/proton (N/Z) de l'élément $^{14}C$ et indiquez si l'isotope est stable ou non.
Pour l'élément $^{14}C$ :

• Le numéro atomique (Z) est 6 (car c'est du carbone). C'est le nombre de protons.
• Le nombre de masse (A) est 14.
• Le nombre de neutrons (N) est $A - Z = 14 - 6 = 8$.

Pour les éléments légers (Z < 20), un rapport N/Z proche de 1 est généralement stable. Un rapport de 1,33 pour le carbone (Z=6) est supérieur à 1, ce qui indique une instabilité. De plus, l'énoncé mentionne qu'il se désintègre en émettant une particule bêta.
L'isotope $^{14}C$ est instable (radioactif).

4. (c) Écrivez une équation nucléaire équilibrée pour montrer le processus de désintégration.
Le $^{14}C$ se désintègre en émettant une particule bêta ($\beta^-$), ce qui signifie qu'un neutron se transforme en proton, émettant un électron (\text{_ {-1}^{0}e}) et un antineutrino. L'élément résultant est l'azote (N).

L'équation équilibrée est :

(où $\beta$ représente la particule bêta, c'est-à-dire un électron).

5. (a) Indiquez un autre matériau qui pourrait être utilisé à la place de l'aluminium.
Un autre matériau qui pourrait être utilisé est le cuivre.

5. (b) Indiquez et expliquez deux façons de minimiser la perte de puissance lors de la transmission d'électricité.

1. Augmenter la tension de transmission : La perte de puissance ($P_{perte}$) dans les câbles est donnée par $P_{perte} = I^2 R$, où $I$ est le courant et $R$ est la résistance du câble. Pour une puissance transmise ($P_{transmise} = V \cdot I$), si la tension ($V$) est augmentée, le courant ($I$) nécessaire pour transmettre la même puissance diminue. Une diminution du courant réduit considérablement la perte de puissance car elle est proportionnelle au carré du courant.
2. Utiliser des câbles de faible résistance : La perte de puissance est également directement proportionnelle à la résistance ($R$) des câbles. En utilisant des câbles fabriqués à partir de matériaux à haute conductivité (comme le cuivre ou l'aluminium) et en augmentant leur épaisseur (ce qui diminue leur résistance), la résistance des câbles est minimisée, réduisant ainsi les pertes par effet Joule.

6. (a) Définissez la distance focale.
La distance focale d'une lentille est la distance entre le centre optique de la lentille et son foyer (le point où les rayons lumineux parallèles à l'axe optique convergent après avoir traversé la lentille, ou semblent en diverger).

6. (b) Dessinez un diagramme de rayons pour montrer comment la lentille forme l'image agrandie.
Pour une lentille convergente (convexe) formant une image agrandie, l'objet doit être placé entre le foyer (F) et le centre optique (O) de la lentille.
Un diagramme de rayons montrerait :

1. Un rayon parallèle à l'axe optique qui, après avoir traversé la lentille, passe par le foyer principal (F') de l'autre côté.
2. Un rayon passant par le centre optique de la lentille qui n'est pas dévié.
3. Un rayon passant par le foyer principal (F) du même côté que l'objet qui, après avoir traversé la lentille, devient parallèle à l'axe optique. Les prolongements de ces rayons du côté de l'objet se croisent pour former une image virtuelle, droite et agrandie.

6. (c) Donnez deux propriétés de l'image formée.
Étant donné que la distance focale ($f$) est de $20 \, \text{cm}$ et que l'objet est tenu à $10 \, \text{cm}$ de la lentille (donc $u < f$), l'image formée par une lentille convexe est :

• Virtuelle
• Droite (non inversée)
• Agrandie (plus grande que l'objet)
• Située du même côté de la lentille que l'objet.

Deux propriétés de l'image formée sont :

1. L'image est virtuelle.
2. L'image est agrandie.