Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Page | 1 Niveau : 2BAC science Physique et chimie Année scolaire ……./…… Durée :

Page | 1 Niveau : 2BAC science Physique et chimie Année scolaire ……./…… Durée :2 Heures La présentation, le soin et la rédaction seront pris en compte pour un point dans la notation. Justifier en expliquant votre démarche si cela est nécessaire. Tout calcul doit être précédé de la formule utilisée. La valeur numérique prise par une grandeur physique est toujours suivie d’une unité. Respecter la notation des grandeurs utilisées dans l’énoncé. EXERCICE 1 (7pts) Données : Le faraday: valeur absolue de la charge d'une mole d'électrons de symbole F : F = 9,65.104 C.mol-1 Masse molaire de l'aluminium: 27 g.mol-1 I. On introduit dans un bécher un volume V = 50 mL d'une solution de chlorure d'aluminium (AI3+ + 3 Cl–), de concentration en soluté apporté 0,10 mol.L-1, dans laquelle plonge une lame d'aluminium. Dans un second bécher, on introduit un volume V = 50 mL d'une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO4 2–), de concentration molaire en soluté apporté 0,10 mol.L-1, dans laquelle plonge une lame de cuivre. On relie les deux béchers à l'aide d'un pont salin contenant du nitrate d'ammonium (NH4 + + NO3 –). Lorsqu'on branche un voltmètre électronique avec sa borne COM reliée à l'électrode d'aluminium, on mesure une différence de potentiel U = + 1,8 V. 1. Quelle est la polarité de la pile ? 2. Quel est le rôle du pont salin ? Il. On relie la pile à un conducteur ohmique. 1. Faire un schéma légendé en indiquant le sens du courant dans le circuit, et en représentant le déplacement des différents porteurs de charge à l'intérieur et à l'extérieur de la pile. 2. Écrire et nommer les réactions qui se produisent aux électrodes. Il.3. Montrer que la transformation entre les deux couples peut s'écrire : 3 Cu2+ + 2 AI  3 Cu + 2 AI3+ 4. La constante d'équilibre associée à la transformation est K = 1020. 4.1. Calculer le quotient de réaction initial. 4.2. Montrer en appliquant le critère d'évolution spontanée que le sens d'évolution est cohérent avec le fonctionnement de la pile. III. La pile fonctionne pendant 1 h 30 min en débitant un courant d'intensité constante I = 40 mA. 1. Calculer la quantité d'électricité Q échangée pendant 1 h 30 min. 2. Calculer la quantité de matière d'électrons ne échangée pendant cette durée. 3. Donner la relation entre ne et nAl, quantité de matière d'aluminium ayant disparu. 4. Calculer la perte de masse de l'électrode d'aluminium. EXERCICE 2 (6pts) Un étudiant, curieux, veut vérifier la valeur de la résistance r d’une bobine réelle d’inductance 250mH, modélisée sous forme d’un dipôle (r , L) en série. La tension en fonction du temps dans le cas général d’un courant électrique d'intensité i(t) aux bornes d’une telle bobine est donnée par la relation : ub = r.i + L. di dt Il dispose de tout le matériel souhaitable et procède à plusieurs essais. A – EN REGIME PERMANENT Pour mesurer la valeur de r, l’étudiant réalise un circuit comportant un générateur de tension continue de valeur E = 6,0 V de résistance interne négligeable, un ampèremètre numérique, un voltmètre numérique, des fils de connexion et la bobine à étudier. 1. Construire le schéma du circuit en indiquant les positions de l’ampèremètre et du voltmètre. Faire figurer la tension Ug = E (tension aux bornes du générateur) ainsi que la tension Ub= (tension aux bornes de la bobine). 2. Les mesures des appareils donnent Ub = 5,95 V et Ib = 410 mA. En déduire la valeur r1 de la résistance de la bobine dans ce cas particulier. Justifiez votre démarche. B – EN REGIME TRANSITOIRE L’étudiant modifie le montage précédent auquel il ajoute une résistance R’ = 10,0  en série figure 1. Page | 2 Il remplace les appareils de mesure par un système d’acquisition informatisé qui lui donne les variations de i(t) obtenues à la fermeture de l’interrupteur figure 2. La tension du générateur reste fixe et égale à 6,00 V. Figure 1 Figure 2 1. Quel est alors le phénomène observé dans le circuit ? 2. Sur le schéma du circuit modifié figure 1, indiquer comment brancher le système d’acquisition (voie d’entrée et voie de référence) afin d’obtenir une tension proportionnelle à l’intensité du courant dans le circuit. Justifier votre réponse. 3. Montrer que l'équation différentielle vérifiée par l'intensité i(t) s'écrit sous la forme Avec  et A des constantes à déterminé. 4. Donner l’expression littérale de  en fonction des paramètres du circuit et vérifier par une analyse dimensionnelle que  est homogène à un temps. 5. Déterminer la valeur de la constante de temps  à partir du document obtenu par le système d’acquisition. Détailler clairement la méthode utilisée sur le graphe donné en 6. La bobine ayant une inductance L = 250mH, déduire la valeur r2 de sa résistance. 7. On considère que l’intensité i(t) atteint la valeur limite I=240 mA au bout d’une durée 5 fois supérieure à . 7.1. Quel est alors le régime de fonctionnement de la bobine ? 7.2. Exprimer r, résistance de la bobine en fonction de E, I et R’. Calculer sa valeur r3. 6. Les trois valeurs r obtenues dans les parties A et B sont-elles cohérentes entre elles ? C – EN REGIME OSCILLATOIRE Cette bobine est branchée aux bornes d’un condensateur de capacité C=4 F, préalablement chargé par un circuit non représenté, selon le schéma ci- contre, à l'aide d'un système d’acquisition informatisé on visualise les variations de uc(t) tension aux bornes de condensateur figure 2: 1. on observe sur l’écran des oscillations pseudo-périodiques de pseudo-période T. Interpréter l’amortissement des oscillations. 2. Rappeler l’expression littérale de la période propre T0 d’un oscillateur LC. Calculer sa valeur. Comparer T0 à la pseudo-période T. 3. Calculer l’énergie dissipée dans le circuit entre les instants t1 = 0ms et t2 = 12,4ms EXERCICE 3 (6pts) Au cours d’une séance de travaux pratiques, les élèves réalisent un montage permettant d’émettre puis de recevoir un signal radio. 1- ÉMISSION DU SIGNAL. Le montage de modulation d’amplitude, utilisé pour l’émission et réalisé àl’aide d’un multiplieur, est représenté sur la figure 1 . Pour engendrer l’onde porteuse de fréquence F, on envoie sur l’entrée E1 du multiplieur la tension v(t)=Vmcos(2Ft). Le signal à transmettre, de fréquence f et d’amplitude Um est u1 (t) = Umcos(2ft). On lui ajoute une tension continue U0, appelée tension de décalage ou tension offset. On obtient alors u(t) = U0 + u1 (t) = U0 + Umcos(2.f.t) qu’on envoie sur l’entrée E2. À l’aide d’un dispositif d’acquisition de données, branché sur la sortie S du multiplieur, on observe sur l’écran Page | 3 de l’ordinateur, la courbe s(t) représentée ci-dessous (fig. 2) Figure 1 Figure 2 1.1. Pourquoi faut-il ajouter une tension de décalage au signal à transmettre ? 1.2. Quelle condition doit vérifier le rapport m = 0 m U U pour réaliser une bonne modulation ? (m est appelé taux de modulation). 1.3. Le multiplieur donne en sortie une tension s(t) proportionnelle au produit des tensions appliquées sur les entrées : s(t) = k.u(t).v(t) . Le coefficient k est une constante qui ne dépend que du multiplieur. 1.3.1. Montrer que s(t) peut se mettre sous la forme s(t) = A[1 + m.cos(2.f.t)]cos(2.F.t) dans laquelle A est une constante. 1.3.2. Donner l’expression de A en fonction de k, Vm et U0. 1.4. En utilisant la courbe de la figure 2, déterminer f et F. Justifier la méthode utilisée. 2. RECEPTION DU SIGNAL. La réception du signal se fait à l’aide du montage représenté ci-dessous (figure 4). Ce montage est constitué de plusieurs modules branchés les uns après les autres. 2.1. Le premier module, noté a) sur la figure 4, est le circuit d’accord avec la capacité de condensateur C=1nF. 2.1.1. Quel est son rôle ? 2.1.2. Comment procède-t-on pour "capter" une station radio ? 2.1.3. Vérifier que lorsque L = 62 mH, le circuit est accordé sur l’émetteur réalisé au partie 1 précédente. 2.2. Le deuxième module (noté b) sur le schéma) est un détecteur de crête. Il permet de démoduler le signal reçu. 2.2.1. Que signifie démoduler le signal reçu ? 2.2.2. Un élève a représenté sur la figure 5, en trait gras, le signal qu’il observe sur l’écran lorsque le système d’acquisition est branché à la sortie du détecteur de crête. Ce schéma vous semble-t-il correct ? Justifier la réponse. 2.3. Quel est le rôle du troisième module (c) ? www.hammoumouna.jimdo.com Bonne chance fig. 1 fig. 4 uploads/s3/ devoir-5-pdf.pdf