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Premier principe : bilans d'énergie

Savoirs :

• transformation isochore, isotherme, isobare, monotherme, monobare, adiabatique d'un système thermodynamique
• notion de transformation quasi-statique
• expression du travail des forces de pression subies par un système au cours d'une transformation

Savoir-faire :

• exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final d'un système
• calculer le travail des forces de pression au cours d'une transformation en intégrant des travaux élémentaires
• exploiter le premier principe pour déterminer l'état d'équilibre final, pour déterminer la valeur d'un travail ou d'un transfert thermique, pour déterminer une grandeur thermodynamique (calorimétrie)

Second principe : bilans d'entropie

Savoirs :

• définir une transformation réversible d'un système
• énoncer le second principe de la thermodynamique
• interpréter qualitativement l'entropie en terme de désordre statistique à l'aide de la formule de Boltzmann fournie
• citer la loi de Laplace et ses conditions d'applications
• citer les deux premières identités thermodynamiques (différentielles des fonctions d'état $U(S,V)$ et $H(S,p)$

Savoir-faire :

• utiliser une expression fournie de la fonction d'état entropie pour un gaz parfait ou une phase condensée idéale
• exploiter le second principe pour déterminer l'entropie créée au cours d'une transformation
• analyser le cas particulier d'un système en évolution adiabatique
• relier l'irréversibilité d'une transformation à une ou plusieurs causes physiques

Transformations acido-basiques

Savoirs :

• définir un acide, une base, un ampholyte, un polyacide, une polybase
• citer les deux couples acido-basiques de l'eau, la définition et la valeur du produit ionique de l'eau
• définir la constante d'acidité $K_a$ d'un couple acido-basique
• définir un acide fort/faible et une base forte/faible, relier à la valeur du $K_a$

Savoir-faire :

• relier le pH d'une solution aux concentrations en acide et en base d'un couple
• établir et exploiter un diagramme de prédominance ; exploiter un diagramme de distribution
• relier la constante d'équilibre d'une réaction acido-basique avec les constantes d'acidité des couples impliqués
• prévoir le sens favorable d'une réaction acido-basique
• établir un bilan de matière pour déterminer les concentrations et le pH après mise en solution d'un acide ou d'une base

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Description d'un système thermodynamique

Savoirs :

• échelle microscopique / macroscopique / mésoscopique
• grandeurs nécessaires à la description d'un état macroscopique et d'un état microscopique
• ordres de grandeur de libres parcours moyens
• distribution des vitesses dans un gaz (homogénéité et isotropie), vitesse quadratique moyenne
• définition de la température cinétique : cas du gaz parfait monoatomique
• définition de la pression cinétique
• notion de grandeur extensive / grandeur intensive
• capacité thermique à volume constant (et la version massique et molaire)
• ordres de grandeur de masses volumiques dans les conditions ambiantes
• équation d'état des gaz parfaits
• expression de l'énergie interne d'un gaz parfait monoatomique en fonction de sa température
• conditions de validité de l'approximation du gaz parfait
• $U_{\text{m}} = U_{\text{m}}(T)$ pour un gaz parfait (première loi de Joule) ou une phase condensée incompressible et indilatable
• conditions d'équilibre thermodynamique d'un système

Savoir-faire :

• calculer l'ordre de grandeur de la vitesse quadratique moyenne dans un gaz parfait monoatomique
• identifier un système thermodynamique d'étude
• identifier un système ouvert / fermé / isolé
• exploiter le lien entre une grandeur extensive $X$, la grandeur massique associée $x$ et la grandeur molaire associée $X_{\text{m}}$
• exploiter l'équation d'état des gaz parfaits pour calculer la valeur d'une grandeur d'état
• calculer la variation d'énergie interne d'un gaz parfait ou d'une phase condensée idéale à partir de la variation de température (et inversement)
• déduire la pression ou la température d'un système à partir de la condition d'équilibre mécanique / de la condition d'équilibre thermique

Premier principe : bilans d'énergie

Savoirs :

• transformation isochore, isotherme, isobare, monotherme, monobare, adiabatique d'un système thermodynamique
• notion de transformation quasi-statique
• expression du travail des forces de pression subies par un système au cours d'une transformation

Savoir-faire :

• exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final d'un système
• calculer le travail des forces de pression au cours d'une transformation en intégrant des travaux élémentaires
• exploiter le premier principe pour déterminer l'état d'équilibre final, pour déterminer la valeur d'un travail ou d'un transfert thermique, pour déterminer une grandeur thermodynamique (calorimétrie)

Description et évolution d'un système chimique (révisions)

Savoirs :

• Notion d'espèce physico-chimique
• Définition, expression et unités des grandeurs pertinentes permettant de décrire la composition d'un système physico-chimique
• Notion de variable extensive et de variable intensive
• Expression de l'activité d'une espèce physico-chimique dans les 4 cas suivants : gaz parfait dans un mélange de gaz parfaits, solide ou liquide pur dans sa phase, solvant, soluté dans une solution infiniment dilué
• Différence entre réaction équilibrée et réaction totale

Savoir-faire :

• Ecrire l'équation de la réaction (ou des réactions) qui modélise(nt) une transformation chimique donnée
• Etablir et utiliser un tableau d'avancement
• Exprimer le quotient réactionnel
• Prévoir le sens de l'évolution spontanée du système
• Déterminer la composition du système pour une réaction équilibrée ou une réaction totale

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Mouvement d'un solide

Savoirs :

• définir un solide indéformable
• reconnaître et décrire une translation rectiligne, une translation circulaire, une rotation autour d'un axe fixe
• définir le moment d'inertie d'un solide par rapport à un axe
• notion de couple
• notion de liaison pivot, moment d'une liaison pivot idéale

Savoir-faire :

• décrire la trajectoire et exprimer le vecteur vitesse d'un point quelconque d'un solide en rotation autour d'un axe fixe
• relier le moment cinétique par rapport à un axe et la vitesse angulaire de rotation
• exploiter le théorème scalaire du moment cinétique pour établir l'équation différentielle d'un mouvement
• établir et exploiter une intégrale première du mouvement
• réaliser un bilan énergétique pour un solide en rotation
• déterminer l'expression d'une énergie potentielle à partir de l'expression d'un moment

Description d'un système thermodynamique

Savoirs :

• échelle microscopique / macroscopique / mésoscopique
• grandeurs nécessaires à la description d'un état macroscopique et d'un état microscopique
• ordres de grandeur de libres parcours moyens
• distribution des vitesses dans un gaz (homogénéité et isotropie), vitesse quadratique moyenne
• définition de la température cinétique : cas du gaz parfait monoatomique
• définition de la pression cinétique
• notion de grandeur extensive / grandeur intensive
• capacité thermique à volume constant (et la version massique et molaire)
• ordres de grandeur de masses volumiques dans les conditions ambiantes
• équation d'état des gaz parfaits
• expression de l'énergie interne d'un gaz parfait monoatomique en fonction de sa température
• conditions de validité de l'approximation du gaz parfait
• $U_{\text{m}} = U_{\text{m}}(T)$ pour un gaz parfait (première loi de Joule) ou une phase condensée incompressible et indilatable
• conditions d'équilibre thermodynamique d'un système

Savoir-faire :

• calculer l'ordre de grandeur de la vitesse quadratique moyenne dans un gaz parfait monoatomique
• identifier un système thermodynamique d'étude
• identifier un système ouvert / fermé / isolé
• exploiter le lien entre une grandeur extensive $X$, la grandeur massique associée $x$ et la grandeur molaire associée $X_{\text{m}}$
• exploiter l'équation d'état des gaz parfaits pour calculer la valeur d'une grandeur d'état
• calculer la variation d'énergie interne d'un gaz parfait ou d'une phase condensée idéale à partir de la variation de température (et inversement)
• déduire la pression ou la température d'un système à partir de la condition d'équilibre mécanique / de la condition d'équilibre thermique

Premier principe : bilans d'énergie

Savoirs :

• transformation isochore, isotherme, isobare, monotherme, monobare, adiabatique d'un système thermodynamique
• notion de transformation quasi-statique
• expression du travail des forces de pression subies par un système au cours d'une transformation

Savoir-faire :

• exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final d'un système
• dans un cas simple, calculer le travail des forces de pression au cours d'une transformation en intégrant des travaux élémentaires

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Optique géométrique

Savoirs :

• modèle de la source ponctuelle monochromatique
• modèle de l'optique géométrique
• lois de Snell-Descartes
• conditions de Gauss et conséquences
• lien entre le stigmatisme approché et les caractéristiques du détecteur utilisé
• propriétés d'une lentille mince : centre optique, foyers principaux et secondaires, distance focale, vergence
• condition de formation de l'image réelle d'un objet réel
• modélisation d'un oeil, ordres de grandeur de la limite de résolution angulaire et de la plage d'accommodation

Savoir-faire :

• relier la longueur d'onde et la couleur
• déterminer un rayon réfléchi ou réfracté
• construire l'image d'un objet à l'aide de rayons lumineux
• exploiter les formules de conjugaison et de grandissement de Descartes et de Newton
• établir les expressions du cône d'acceptance et de la dispersion d'une fibre optique à saut d'indice

Moment cinétique d'un point matériel

Savoirs :

• définir le moment cinétique par rapport à un point ou un axe fixe
• définir le moment d'une force par rapport à un point ou un axe fixe
• énoncer le théorème du moment cinétique par rapport à un point ou un axe

Savoir-faire :

• relier la direction et le sens du moment cinétique aux caractéristiques du mouvement
• calculer le moment d'une force par rapport à un axe orienté en utilisant un produit mixte ou le bras de levier
• utiliser le théorème du moment cinétique pou établir l'équation du mouvement
• identifier et exploiter un cas de conservation du moment cinétique

Mouvement d'un solide

Savoirs :

• définir un solide indéformable
• reconnaître et décrire une translation rectiligne, une translation circulaire, une rotation autour d'un axe fixe
• définir le moment d'inertie d'un solide par rapport à un axe
• notion de couple
• notion de liaison pivot, moment d'une liaison pivot idéale

Savoir-faire :

• décrire la trajectoire et exprimer le vecteur vitesse d'un point quelconque d'un solide en rotation autour d'un axe fixe
• relier le moment cinétique par rapport à un axe et la vitesse angulaire de rotation
• exploiter le théorème scalaire du moment cinétique pour établir l'équation différentielle d'un mouvement
• établir et exploiter une intégrale première du mouvement
• réaliser un bilan énergétique pour un solide en rotation
• déterminer l'expression d'une énergie potentielle à partir de l'expression d'un moment

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