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  • : Blog de la PTSI-A du lycée Gustave Eiffel (Bordeaux) : autour du cours de physique chimie, et bien au-delà...
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24 mai 2014 6 24 /05 /mai /2014 22:13

 

Q :

« Pour IFL4-E2 : Après avoir établi l'expression du champ magnétique dans la bobine 3 je ne vois pas quelle relation exploiter pour la question 2. »
R :

 

Si on cherche un courant induit dans un circuit, c'est qu'on connait la résistance de ce circuit ainsi que la fém induite en son sein : c'est tout l'objet de la leçon IFL3, partie II et III, d'avoir établi le lien entre i, e et R pour un circuit fixe plongé dans un champ magnétique variable (ou en mouvement dans un champ inhomogène).

.

 

Q :

« En ce qui concerne IFL4-E3 : Lorsque l'énoncé dit dans la question 2: "orienter les spires selon ex" dois-je me référer au schéma page 2 ? Si c'est bien le cas je ne comprend pas ce qui est attendu : est-ce l'intensité traversant la spire qui doit orientée ? »
R :

 

Il s'agit effectivement du schéma de la page 2. Une spire est un circuit. Tout le cours sur linduction repose sur la notion d'orientation d'un circuit. Si un circuit est orienté selon le vecteur ex, cela signifie que son orientation est telle que la règle de la main droite conduit à définir un vecteur surface dirigé selon n=+ex

Cette orientation du circuit définit l'orientation (algébrique) du courant qui le traverse et qui correspond aussi à l'orientation (algébrique) de la fém induite.

.

 

Q :

« Pour IFL4-E3.3) : J'obtiens l'opposé du résultat attendu : en dérivant le cos(wt) on obtient du -wsin(wt) qui redevient positif avec la loi de Lenz. A moins que la vitesse angulaire oméga soit l'opposé de la dérivée temporelle de mon angle theta (Ma,ex) ?. »
R :

 

Il y a une erreur de signe dans la solution donnée en réponse pour e(t). J'ai, moi aussi, dans mon brouillon, trouvé : e(t)=+ω.Φ0.sin(ωt).

.

 

Q :

« Pour IFL4-E3.5) : Pourquoi avoir calculé le moment magnétique de la bobine si c'est pour connaitre le moment des actions de Laplace subies par l'aimant ? Ce dernier est égal au moment de l'aimant vectoriel le champ magnétique exercé par la bobine sur l'aimant, non ? »
R :

 

Parce que pour connaître le champ magnétique exercé par la spire sur l'aimant il faut appliquer l'expression du champ magnétique créé par un moment magnétique dans l'approximation dipolaire. Ainsi, on peut trouver Bs(O) (champ créé par la bobine plate en O) et en supposant ce champ quasi-uniforme, on peut appliquer l'expression du moment des forces de Laplace exercée sur un moment magnétique (celui de l'aimant) soumis à un champ uniforme extérieur (celui de la bobine en O).

.

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13 octobre 2013 7 13 /10 /octobre /2013 19:49

 

Q :

« J'ai un problème pour trouver la réponse de la question 2 de l'exercice 16. Je n'arrive pas a représenter la situation sur un schéma (où placer R, D, a) et donc je ne comprends pas comment lier ces différentes grandeurs entre elles. »
R :

 

 Il y a un objet ponctuel (A), une lentille convergent appelée objectif (L) et un plan où se trouve le capteur (constititué de photosites, capteurs élémentaires de taille a).

D est la distance AO, avec O centre optique de la lentille

La distance entre O et le capteur est la focale image, puisqu'on dit dans l'énoncé que l'objectif est réglé à l'infini (or, on sait que le conjugué d'un plan à l'infini est le plan focal image)

La lentille a un diamètre utile de 2R (l'objectif est diaphragmé par un trou circulaire) : R est donc le rayon de la partie utile de centre O de la lentille par laquelle entrent tous les rayons issus de A.

Pour le reste, on peut utiliser l'activité documentaire à préparer pour vendredi : le document 2 indique le schéma à faire pour répondre au problème — schéma au sommet de la quatrième page, dans la configuration du point A2, ε représentant la taille "a" du capteur élémentaire de l'énoncé de l'exercice, les rayons extrêmes entrant dans la lentille à une distance R de O.

Le reste est pure géométrie (il suffit de convoquer le théorème de Thalès) ou presque (il faut tout de même faire un peu de physique et utiliser la relation de conjugaison qui associe la poition de A et celle de son image conjuguée A' ;-))

.

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12 octobre 2013 6 12 /10 /octobre /2013 15:50

 

Q1 :

« J'ai un soucis pour l'exercice 13, je ne comprend pas où se trouve l'observateur [...] je ne vois pas comment modéliser l'observateur. »   

R1 :

 

Conventionnellement la lumière se propage de gauche à droite : donc l'objet est à gauche de la lentille objectif (L1), il envoie de la lumière qui entre par (L1), sort par (L2) et forme une image finale observée par l'observateur, lequel ne peut donc se trouver qu'à droite de la lentille (L2) pour recevoir de la lumière se propageant de gauche à droite.

(L1) s'appelle la lentille objectif : du côté de l'objet.

(L2) s'appelle la lentille oculaire : du côté de l'œil (oculus en latin) de l'observateur (ou du capteur qui reçoit le signal !)

L'observateur n'a pas besoin d'être modélisé dans cet exercice : il suffit juste de savoir qu'il est celui pour qui l'objet est l'image finale A'B' de AB∞ par le système {(L1)(L2)}.

_________

 

Q2 :

- « Je ne sais pas à quel angle correspond alpha. »
- « Les rayons incidents venant de l'infini sont-ils inclinés d'un angle alpha ou c'est lorsqu'ils émergent de la lentille divergente que l'observateur les voit sous un angle alpha ?  » 

R2 :

La première chose à considérer, c'est la définition d'un objet à l'infini vu sous l'angle α. POur ce faire, il faut reprendre la leçon SP4 (p. 1 : cf. figure)

Si nous avons compris, il s'agit d'un objet étendu AB, avec A sur l'axe optique et B en dehors de l'axe optique, ses rayons (tous parallèles entre eux) faisant un angle α avec ceux (tous parallèles entre eux) issus de A : donc tout rayon issu de B fait un angle α avec l'axe opt, en particulier le rayon qui passe par O1 et qui n'est pas dévié. 

_________

 

Q3 :

« Si j'ai bien compris α' c'est l'angle entre le rayon émergeant de la lentille L2 divergente et son axe optique ? » 

R3 :

Oui.

Cf. Réponse R2. L'angle α' est l'angle sous lequel l'observateur voit l'image finale A'B'. Si nous n'avons aucune idée de la nature de l'image finale, nous avons deux possibilités pour définir α' :

(1) Si l'image finale A'B' n'est pas à l'infini, il faudrait obligatoirement que l'énoncé précise l'endroit où se trouve l'observateur après (L2) car l'angle α' en dépendrait

(2) Si l'image A'B' est à l'infini (A'B') alors il est inutile de préciser la position de l'observateur après (L2), l'angle α' n'étant défini que par la direction des rayons émergents parallèles à l'axe optique (qui construisent A') et les rayons émergents parallèles entre eux qui construisent B', en particulier le rayon qui passe par O2 et qui n'a pas été dévié.

Comme l'énoncé ne donne aucune indication précise sur la position de l'observateur, ceci était une indication que la lunette de Galilée est un système afocal (cf.Q4-R4 pour une pour une piste pour la justification).1

_________

 

Q4 :

« En faisant un schéma, je trouve l'image conjuguée d'un objet réel à l'infini sur l'axe optique par la lentille convergente Lc1. Cette image est réelle mais placée après la lentille divergente Ld2. L'image réelle par Lc1 devient donc objet virtuel pour Ld2 et l'image conjuguée de cet objet virtuel par Ld2 est réelle.
Mais [...] je ne sais pas comment en déduire la position de l'image sur l'axe optique » 

R4 :

Juste pour la natre de l'image intermédiaire, erreur pour la suite, car dans les deux cas, le raisonnement est incomplet.

Il est très bien (et nécesaire) de faire un schéma, mais il faut bien comprendre la situation auparavant, en particulier :

- après avoir positionnné les lentilles avec leurs centres optiques O1 et O2, en respectant les valeurs numériques de l'énoncé, il faut se poser quelques questions :

- où se trouvent F1 et F'1 d'une part, F2 et F'2 d'autre part ?

- Commentaire quant à la position de F'1 et de F2 ? (*)

- Quelle est la nature de l'objet ? (cf. R2)

- Dès lors, il est fondamental de commencer par un schéma symbolique avant de travailler sur le trajet de la lumière à travers les lentilles, en appelant A1 l'image intermédiaire de A et A' l'image définitive :

 A∞  --(L1)--> A1 --(L2) --> A'

- Une définition du cours devrait nous permettre de trouver facilement à quel point particulier du sytème correspond A1

- La réponse à la question (*) alliée à une définition du cours devrait nous permettre de confirmer que l'image A' est à l'infini (cf. R3) : A'=A'

- Ensuite et ensuite seulement, c'est-à-dire lorsqu'on a identifié le plan où se forme l'image intermédaire A1B1 et la nature afocale du système, on effectue le schéma du parcours de la lumière à travers les lentilles, en se limitant à la construction de B1, A1 étant déjà connu (et se désuisant par aplanétisme)

- La construction de B' à partir de B1 en utilisant le rayon passant par O2 qui n'est pa dévié donne immédiatement l'angle α'.

.

. . .

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7 septembre 2013 6 07 /09 /septembre /2013 21:45

 

Q :

« Dans la question de cours "Donner le modèle de l'oscillateur harmonique non amorti?" que veut dire le "non amorti" ? Est-ce en rapport avec l'amplitude? Et qu'entendez vous par modèle ? Est-ce simplement la définition? ou résoudre l'équation différentielle de l'O.H. ? »
R :

 

L'oscillateur Harmonique est un modèle mathématique qui décrit un système physique (cf. la partie I du cours).

Donner le modèle de l'O.H., c'est effectivement décrire ce modèle, donc ce qu'on a appelé la définition de l'OH.

 

"Non amorti" car on a fait l'hypothèse de l'absence de frottement. On parle aussi bien d'O.H. que d'O.H. non amorti : c'est la même chose.

Par contre, lorsqu'il y a des frottements, on adapte le modèle et on précise systématiquement cette fois "oscillateur harmonique amorti" (noté O.H.A.)

 

Effectivement, l'absence d'amortissement se traduit par une amplitude qui ne change pas au cours du temps, c'est-à-dire par la permanence des oscillations sinusoïdales (pour un O.H.A. les oscillations s'atténuent irrémédiablement et tendent donc vers zéro, c'est-à-dire vers une position d'équilibre... mais ce n'est pas (encore) l'objet du cours).

 

Savoir résoudre l'équation différentielle de l'oscillateur harmonique revient à :

- connaître la solution générale (X(t)=Xm.cos(ω0.t+Φ) ou bien la forme équivalente : X(t)=A.cos(ω0.t)+B.sin(ω0.t))

- savoir utiliser les 2 conditions initiales (sur la position et sur la vitesse : X(0) et v(0)) pour trouver l'expression des 2 constantes d'intégration ({Xm, Phi} ou bien {A, B})

- le détail est dans le cours à travailler pour lundi.

 

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7 septembre 2013 6 07 /09 /septembre /2013 16:53

 

Q :

« Pourriez vous m'aider pour l'exercice SP1-E3, car il faut la période propre du système mais est-ce qu'il faut simplement donner la formule du cours, ou faire un calcul ? »
R :

 

La consigne donnée est : « exprimer la période propre » : il s'agit donc de fournir l'expression littérale de la période propre.

 

Pour ce faire, deux possibilités :
- soit on a traité le problème en classe, et à ce moment là, on pourrait se servir d'une "formule" établie (donc démontrée) en classe (mais alors, on se demande à quoi pourrait bien servir cet exercice !)
- soit on n'a pas traité le problème en classe, et à ce moment là, "exprimer" nécessité auparavant d'établir le résultat demandé


Ici, le problème n'a pas été traité en classe (ce n'est pas une question de cours) : on ne peut pas "simplement donner la formule du cours" (ce qui, je le répète, poserait la question de l'intérêt d'un exercice qui se contente de vous demander une formule sans même une application numérique)...

 

Il s'agit en réalité de poser un raisonnement analogue à celui effectué pour a masse accrochée à un ressort horizontal. Cedt exercice vous permet de savoir si vous êtes capable de refaire et d'adapter la démarche vue en classe, à savoir :
- définir un système, un référentiel donc un repère et une base cartésienne adaptée,
- effectuer le schéma correspondant,
- faire le bilan des forces, les représenter sur le schéma et les projeter dans la base,
- appliquer la seconde loi de Newton,
- la projeter selon la direction du mouvement pour obtenir l'équation différentielle du mouvement (1),
- réécrire (1) dans le cas particulier d'un équilibre,
- en déduire l'équation (2) de la statique et la position à l'équilibre,
- puis soustraire (2) à (1),
- faire apparaître et définir l'écart à l'équilibre en le nommant précisément par une lettre différente de la position qui repère la masse (Z par exemple si on a appelé z la position de la masse m),
- et en déduire que le système est finalement régi autour de sa position d'équilibre par l'équation différentielle canonique d'un oscillateur harmonique
- on en déduit l'expression littérale de Z(t) (puisque le mouvement est harmonique, on doit savoir l'expliciter) et donc la pulsation propre ω0, et donc la période propre T0 du système
- il ne reste plus qu'à effectuer le commentaire attendu en comparant cette période propre du mouvement harmonique vertical à la période propre que nous avons établie en cours pour une masse accrochée à un ressort horizontal

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23 mai 2013 4 23 /05 /mai /2013 07:44

 

Q :

« je suis en train de travailler le cours SM4 et il y a quelque chose que je ne comprends pas : pourquoi dans la représentation du CsCl par exemple le nombre de motifs est de 1 ? Pourtant il y a bien 8 éléments sur les sommets et 1 élément au milieu ce qui ferait au total 2 motifs ? »
R :

 

Rque préalable : tu emploies incorrectement le mot « élément » qui a un sens précis en chimie. Or s’il y a deux entités par maille principale dans le CsCl, ces deux entités ne sont pas identiques !

Dans le cas d’un cristal ionique, il faut bien distinguer le nombre de cations par maille et le nombre d’anions par maille.

Mais revenons en arrière pour répondre au cœur de ta question.

 

Trois points essentiels :

• une structure cristalline, c’est 1 réseau cristallin + 1 motif attaché à un nœud de ce réseau (cf. p. 5 du cours SM4)

• un réseau est immatériel, car constitué de points géométriques

• un motif est matériel, car constitué d’atomes ou d’ions

 

La définition :

Le motif est l’ensemble minimal d’atomes ou d’ion attaché à chaque nœud du réseau,

…et donc qui engendre la structure cristalline en se répétant identique à lui-même par simple translation quelconque selon les vecteurs de base de la maille.

 

• Un motif est donc constitué d’un ou de plusieurs atomes/ions lié à un nœud (pour le décrire on choisira le nœud (0,0,0))

 

• Le nombre de motif / maille est donc à distinguer du nombre d’atomes / maille, même si ce nombre peut être identique lorsque le motif se limite à un simple atome.

Mais même dans ce dernier cas, dans certaines structures, il peut y avoir différence.

 

◊ Par exemple, c’est le cas pour la « structure hexagonale compacte » (cf. p. 19 du cours SM4)

Rigoureusement, le seul système (ou réseau) cristallin hexagonal qui existe, c’est le réseau hexagonal simple (cf. p. 6 du cours SM4). Pour engendrer la structure hexagonale compacte, il faut associer à ce réseau un motif constitué de deux atomes placés en (0,0,0) et en (2/3,1/3,1/2) dans la base (a,b,c)

Ainsi pour la structure h.c. : 1 motif par maille, mais 2 atomes par maille.

 

◊ Autre exemple du même ordre : pour la structure diamant constituée seulement d’atomes identiques liés par des liaisons covalentes, il y a plusieurs manières de la décrire :

      - On peut parler de deux réseaux cfc décalés par une translation (1/4,1/4,1/4) des vecteurs de la base de la maille principale

     - Ou bien d’un réseau cfc avec la moitié des sites tétraédriques occupés de manière régulière et alternée

Quelle que soit le point de vue, cela défini 8 atomes par maille principale.

Cette seconde manière de voir met en évidence que la structure diamant est un unique réseau cfc avec un motif de deux atomes attachés aux nœuds (0,0,0) et (1/4,1/4,1/4) ; soit  4 motifs par maille principale.

 

◊ Il suffit de se référer au cours sur le CsCl pour comprendre comment on applique la définition du motif

Ouel est le nombre d’ion Cs+ par maille principale ? le nombre d’ion Cl- par maille ? et donc le nombre de motifs « CsCl » par maille ?

Le motif étant ici un ion Cl- en (0,0,0) et un ion Cs+ en (1/2,1/2,1/2)

 

Finalement :

Ne pas trop s’embêter toutefois avec cela, ce qui compte (cf. masse volumique ou compacité), c’est de correctement déterminer le nombre d’atomes ou d’ions par mille principale.

En particulier dans le cas d’un cristal ionique, bien déterminer le nombre de cations par maille et le nombre d’anions par maille.  Lesquels nombre sont forcément liés au nombre de motifs.

Pour CsCl : 1 cation C+/maille ; 1 anion Cl-/maille et donc 1 motif CsCl/maille


 

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28 mars 2013 4 28 /03 /mars /2013 17:50

 

Q :

« Je n'arrive à comprendre pourquoi pour la démonstration de la pression cinétique, lorsqu'on calcule le nombre de molécules, on divise dN par 6. »
R :

 

◊ cf. polycop T1 p.10, III.2, b) hypothèses (1) et (2)


• L'hypothèse simplificatrice (1) suppose qu'il n'y a que 6 mouvement possibles (avant/arrière, gauche/droite, haut/bas)

• L'hypothèse (2) de l'isotropie de vitesse (qui veut dire qu'une molécule a autant de chance d'aller dans une direction orientée que dans une des cinq autres) implique que pour dN molécules dans un volume élémentaire dV :

- seulement dN/6 molécules vont aller toutes dans un sens donné (en avant par exemple),

- dN/6 dans un second sens (en arrière),

- dN/6 dans un troisième (à gauche),

- dN/6 dans un quatrième (à droite),

- dN/6 dans un cinquième (en haut)

- et dN/6 dans le sixième et dernier sens possible (en bas)

 

◊ Cependant, s'il faut connaître l'expression de la pression cinétique, à part en colle en tant que question de cours, je ne vous demanderai pas dans une interro ou un DS de redémontrer cette expression.

Par contre, il est important :

- de savoir établir PV=nRT à partir de la pression cinétique et de la définition de la température cinétique.

- de connaître l'expression de l'énergie interne d'un GPM (3/2.nRT) et d'un GPD (5/2.nRT)

- de connaître la définition de Cv et son expression pour un GP

- de connaître les expression du premier et du troisième coefficient thermoélastique (coefficient de dilattation isobare et coefficient de compressibilité isotherme)

Et pour T2 :

- savoir établir la RFSF (deuxième méthode du polycop T2 p.4, la plus simple)

- savoir établir P(z) pour une atmosphère isotherme P(z)=P0.exp(-z/H)

- savoir établir la hauteur H caractéristique correspondante (polycop T2, p. 5)

 

 


 

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5 janvier 2012 4 05 /01 /janvier /2012 23:49

 

Q :

« Auriez vous un exercice type sur un RLC série à nous mettre en ligne pour s'entraîner ? En effet sur la fiche d exercice les exos concernent surtt les circuits en parallèle ou la puissance... En fait mon soucis est plutôt de savoir ce qu on peut nous demander sur un circuit RLC série... Merci d avance. »
R :

Tout a été fait en classe... dans le cours E4 ; la section sur le circuit RLC série qui a été développée étant un vaste problème à elle toute seul.

Maintenant, en cherchant un peu en ligne :

http://www.webphysique.fr/Resonance-d-un-RLC-serie.html

 

Voici une feuille de TD (exercice 3)sur le même site :

http://www.webphysique.fr/IMG/pdf/TD_elec_force.pdf

 

Pour répondre aux dernières questions on peut s'aider entre autre de l'exercice 5 de la page suivante :

http://www.chimix.com/T-fiches/RLC.htm (très mauvaise présentation, mais pour celui qui veut des exercices... en voilà)

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3 janvier 2012 2 03 /01 /janvier /2012 22:34

 

Q :

« Dans la correction de l'exercice E4-5, je n'arrive pas à retrouver le déphasage φ pour chaque partie. Comment faut-il faire? »
R :

Voir le document mis en ligne en réponse : ERElec no4 : PDF-logo

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19 novembre 2011 6 19 /11 /novembre /2011 21:19

 

Q :

« Pour la question 1) du DM9-IV :
 J'ai utilisé la méthode de la dégénerescence de l'ordre car Ar est en large excès par rapport à I, et j'ai donc posé : v=kapp.[I]p avec kapp=k.[Ar]q. Mais je n'arrive pas à trouver kapp, ne connaissant à priori pas k.»
R :

• Pour trouver les ordres partiels, on procède à deux calculs similaires :

- D’abord en se limitant aux trois expériences où [I]0 est la même

- et ensuite aux trois expériences où [Ar]0 est la même,

- ce qui conduit à une constante de vitesse apparante et à une cinétique à un seul réactif à chaque fois.


Il faut voir que (pour une réaction αA+βB = produits) :

(1) V(t) = k.[A]p.[B]q = k'.[B]q avec [A] a peu près constant et à peu près égal à [A]0 parce que A est en excès

et que

(2) V0 = k.[A]0p.[B]0q = k'.[B]0q avec [A]0 rigoureusement constant parce que [A]0 est une constante

sont deux situations certes comparables mais pas tout à fait identiques.


En effet, dans le premier cas :

(1) on s'intéresse à la fonction V(t) pour une seule expérience donnée et on applique la méthode intégrale ou différentielle selon qu'on dispose du tableau de mesures de plusieurs [B](ti) ou V(ti) ou du graphe ln(V(t))=f(ln[B]) : on se ramène alors à travailler sur une droite / à effectuer une régression linéaire.  

Ceci est la méthode de la dégénerescence de l'ordre.


dans le second cas (méthode des vitesses initiales) :

(2) plusieurs expériences donnent accès à plusieurs valeurs de la vitesse intiale V0

→ alors V0 devient une fonction de la variable [B]0 :

V0=V0([B]0)

et on peut appliquer une régression linaire après avoir pris le logarithme népérien de l'expression :

ln(V0)=ln (k')+q.ln([B0])

Qui s’écrit de la forme :

y=a+bx

Avec

y=ln(V0)   x=ln([B0])    a=ln(k’)   et   b=q

Certes, une régression linéaire avec 3 points de mesure, c'est pas top, sauf lorsqu'on n'a pas le choix comme ici ;-))

 

Non seulement la régression linéaire fournit l’ordre partiel q, mais l’ordonnée à l’origine donne ln(k’) avec k’= k.[A0]p

 

• La seconde série de mesures conduit à poser :

V0 = k.[A0]p.[B0]q = k’’.[A0]p

Soit :

ln(V0)=ln (k’’)+p.ln([A0])

Non seulement la régression linéaire fournit l’ordre partiel p, mais l’ordonnée à l’origine donne ln(k’’) avec k’’= k.[B0]q

• Une fois qu’on a obtenu p et q, on reprend ln(k’) et ln(k’’) : on obtient deux relations qui conduisent de deux manières différentes à la même valeur de k (l’une permettant de vérifier l’autre).

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