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Concours blanc

I : Les machines thermiques :

II :  Étude de cycles :

1) Bilan énergétique et entropique d'un cycle

 a- Bilan énergétique  \\  b- Bilan entropique

Justifier l'inégalité de Clausius 

2) Cycle monotherme

Justifier l'impossibilité de faire une machine thermique avec un cycle monotherme 

3) Cycle ditherme

4) Diagramme de Raveau (hors programme )

III : Moteur ditherme

1) Échanges d'énergie

Donner le sens des échanges énergétiques pour un moteur thermique ditherme.

2) Caractériser un cycle moteur 

 a- Rendement \\  b- Rendement maximal

Définir le rendement d'un moteur thermique ditherme et le relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression du rendement maximal d'un moteur ditherme.

3) Le cycle de Carnot 

IV : Récepteurs dithermes :

Donner le sens des échanges énergétiques pour un récepteur thermique ditherme.

1) Échanges d'énergie

2) Machine frigorifique

a- Efficacité \\ b- Efficacité maximale

Définir l'efficacité d'une machine frigorifique ditherme et la relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression de l'efficacité maximale d'une machine frigorifique ditherme.

3) Pompe à chaleur

 a- Efficacité \\ b- Efficacité maximale

Définir l'efficacité d'une pompe à chaleur ditherme et la relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression de l'efficacité maximale d'une pompe à chaleur ditherme.

V : Application : analyse de dispositifs concrets

1) Moteur à explosion

a- Présentation du moteur réel \\  b- Modélisation : cycle de Beau de Rochas \\  c- Rendement du moteur \\  d- Modélisations de cycle moteurs réels

2) Fonctionnement d'un réfrigérateur

3) Fonctionnement d'une pompe à chaleur

VI : La cogénération

I : Force de Laplace

1) Mise en évidence

 a- Mise en évidence expérimentale     b- Lien avec la force de Lorentz

2) Force élémentaire de Laplace

Donner l'expression de la force de Laplace qui s'exerce sur  une portion d'un circuit filiforme parcouru par  un courant électrique et plongé dans un champ magnétique extérieur.

3) Résultante

Etablir l'expression de la résultante des forces de Laplace qui s'exerce sur une barre conductrice plongée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire. 

4) Puissance

Exprimer la puissance des forces de Laplace qui s'exerce sur une barre conductrice plongée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire. 

II : Couple magnétique

1) Résultante

2) Moment du couple

Donner l'expression du moment du couple subi par une spire rectangulaire, parcourue par un courant, en  rotation autour d'un axe de symétrie de la spire  passant par les deux milieux de côtés opposés  et placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire orthogonal à l'axe.

3) Puissance du couple

Donner et ou établir l'expression de la puissance des actions mécaniques de Laplace qui s'exercent sur cette spire.

III : Action d’un champ magnétique sur un aimant

1) Orientation d'un aimant

2) Positions d'équilibre

3) Effet moteur d'un champ magnétique tournant

a- Création d'un champ tournant     b- Action sur un aimant (une boussole)Expliquer le principe de la cogénération

I : La nécessité d'un second principe

1) L'insuffisance du premier principe

2) Transformations réversibles et irréversibles

3) Les causes d'irréversibilité

 Définir transformation réversible.

 Citer des causes d'irréversibilité, donner des exemples.

II : Deuxième principe de la thermodynamique

1) Énonce du second principe

Enoncer le deuxième principe.

2) La fonction d'état entropie (Propriétés \ Expressions ) (au moins une expression de S en fonction d'un couple de variables (P,V), (P,T), (V,T) sera fournie)

 Comment exprime-t-on l'entropie échangée reçue algébriquement par un système au cours d'une transformation monotherme  (thermostat de température $T_t$) ?

 Comment est l'entropie créée sur une transformation irréversible ? réversible ?

 Comment évolue l'entropie d'un système isolé ?

 Comment évolue l'entropie au cours d'une transformation adiabatique réversible ?

3) Interprétation microscopique

Comment peut-on interpréter l'entropie en terme de désordre statistique ?

 Interpréter la formule de Boltzmann de l'entropie.

III : Loi de Laplace

 Citer la loi de Laplace, et les hypothèses nécessaires à son utilisation.

I : Champ magnétique

1) Les champs en physique

2) Champ magnétique

a- Aimants b- Champs magnétiques créés par des courants   c- Champ magnétique Terrestre   d- Ordres de grandeur à connaître 

II : Cartographier le champ magnétique

1) Cartes de champs magnétiques à connaître

Tracer l'allure des cartes de champ magnétique pour un aimant droit, une spire circulaire et une bobine longue.

Comment peut-on réaliser un champ magnétique quasi-uniforme ?

Donner les ordres de grandeur de champs magnétiques au voisinage d'un aimant usuel, dans un appareil à IRM et du champ magnétique terrestre.

2) Analyse du lien entre courants et champs magnétiques

  a- Fil infini    b- Spires    c- Solénoïde     d- Bobines de Helmholtz 

III : Symétries et invariances des distributions de courant, conséquences

1) Symétries et antisymétries d'une distribution de courant

2) Conséquences des symétries sur B

Donner les quatre phrases qui donnent les conséquences des symétries de la distribution de courant sur le champ magnétique. Associer ces phrases à des schémas illustratifs.

3) Invariances d’une distribution de courant et conséquences

Définir les invariances d'une distribution de courant, et en donner les conséquences sur le champ magnétique.

4) Méthode pour déterminer la forme générale du champ magnétique

IV : Moment magnétique

1) Vecteur surface

Définir le vecteur surface associé à une boucle de courant plane.

2) Moment magnétique d'une boucle plane

Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane.

3) Moment magnétique d'un aimant permanent

Donner l'ordre de grandeur du moment magnétique associé à un aimant usuel. 

I : Les machines thermiques :

II :  Étude de cycles :

1) Bilan énergétique et entropique d'un cycle

 a- Bilan énergétique  \\  b- Bilan entropique

Justifier l'inégalité de Clausius 

2) Cycle monotherme

Justifier l'impossibilité de faire une machine thermique avec un cycle monotherme 

3) Cycle ditherme

4) Diagramme de Raveau (hors programme )

III : Moteur ditherme

1) Échanges d'énergie

Donner le sens des échanges énergétiques pour un moteur thermique ditherme.

2) Caractériser un cycle moteur 

 a- Rendement \\  b- Rendement maximal

Définir le rendement d'un moteur thermique ditherme et le relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression du rendement maximal d'un moteur ditherme.

3) Le cycle de Carnot 

IV : Récepteurs dithermes :

Donner le sens des échanges énergétiques pour un récepteur thermique ditherme.

1) Échanges d'énergie

2) Machine frigorifique

a- Efficacité \\ b- Efficacité maximale

Définir l'efficacité d'une machine frigorifique ditherme et la relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression de l'efficacité maximale d'une machine frigorifique ditherme.

3) Pompe à chaleur

 a- Efficacité \\ b- Efficacité maximale

Définir l'efficacité d'une pompe à chaleur ditherme et la relier aux énergies échangées au cours d'un cycle. Citer quelques ordres de grandeurs.

Établir l'expression de l'efficacité maximale d'une pompe à chaleur ditherme.

V : Application : analyse de dispositifs concrets

1) Moteur à explosion

a- Présentation du moteur réel \\  b- Modélisation : cycle de Beau de Rochas \\  c- Rendement du moteur \\  d- Modélisations de cycle moteurs réels

2) Fonctionnement d'un réfrigérateur

3) Fonctionnement d'une pompe à chaleur

VI : La cogénération

Expliquer le principe de la cogénération

I : Décrire le mouvement d'un solide

1) Solide indéformable   2) Repérage d'un solide  3)Translation et rotation

- Qu'est-ce qu'un solide ?

- Définir le mouvement de translation d'un solide dans un référentiel. Qu'est-ce qu'une translation rectiligne ? circulaire ?

- Quel est le mouvement d'un point d'un solide en rotation autour d'un axe fixe ? 

- Exprimer la vitesse d'un point d'un solide en rotation autour d'un axe fixe.

II : Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation

1) Moment cinétique d'un système de points (Définition, cas du moment cinétique d'un solide en rotation)

- Donner la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d'inertie.

- Quelle est l'unité du moment d'inertie. Que quantifie le moment d'inertie ?

2) Moment des forces (Définition , cas du moment des forces intérieures)

- Donner l'expression du moment des forces exercées sur un solides

- Cas particulier du poids : simplifier l'expression du moment, Interprétation 

- Savoir que le moment des forces intérieures est nul pour un solide (déformable ou indéformable)

3) Couple

- Qu'est-ce qu'un couple ?

4) Liaison pivot

- Qu'est-ce qu'une liaison pivot ? Comment est le moment par rapport à l'axe de rotation qu'elle peut produire ?

- Qu'est-ce qu'une liaison pivot parfaite ? Que peut-on dire de son moment par rapport à l'axe de rotation ?

5) Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation

- Enoncer le TMC scalaire par rapport à l'axe de rotation pour un solide en rotation. 

III Exemples d'application du TMC

1) Pendule pesant

- Etablir l'équation du mouvement du pendule pesant. 

- Etablir l'intégrale première du mouvement du pendule pesant. Identifier les différents termes. Que traduit cette équation ?

2) Pendule de torsion

- Etablir l'équation du mouvement du pendule torsion. 

- Etablir l'intégrale première du mouvement du pendule torsion. Identifier les différents termes. Que traduit cette équation ? 

IV Approche énergétique du mouvement d'un solide en rotation

1) Énergie cinétique

- Donner la relation entre l'énergie cinétique, la vitesse angulaire de rotation et le moment d'inertie. 

2) Puissance et travail des actions mécaniques (extérieures et intérieures)

- Donner la relation entre la puissance d'une action mécanique, le moment de l'action par rapport à l'axe de rotation et la vitesse angulaire de rotation. 

- Que peut-on dire de la puissance des actions mécaniques intérieures dans un solide ? dans un système déformable ? 

3) Théorèmes énergétiques

- Enoncer le TPC et le TEC pour un solide en rotation autour d'un axe fixe. 

V : Systèmes déformables

- Enoncer le TPC et le TEC pour un système déformable. Que doit-on prendre en compte ?

exemples du tabouret, patineur, ...  

I : La nécessité d'un second principe

1) L'insuffisance du premier principe

2) Transformations réversibles et irréversibles

3) Les causes d'irréversibilité

 Définir transformation réversible.

 Citer des causes d'irréversibilité, donner des exemples.

II : Deuxième principe de la thermodynamique

1) Énonce du second principe

Enoncer le deuxième principe.

2) La fonction d'état entropie (Propriétés \ Expressions ) (au moins une expression de S en fonction d'un couple de variables (P,V), (P,T), (V,T) sera fournie)

 Comment exprime-t-on l'entropie échangée reçue algébriquement par un système au cours d'une transformation monotherme  (thermostat de température $T_t$) ?

 Comment est l'entropie créée sur une transformation irréversible ? réversible ?

 Comment évolue l'entropie d'un système isolé ?

 Comment évolue l'entropie au cours d'une transformation adiabatique réversible ?

3) Interprétation microscopique

Comment peut-on interpréter l'entropie en terme de désordre statistique ?

 Interpréter la formule de Boltzmann de l'entropie.

III : Loi de Laplace

 Citer la loi de Laplace, et les hypothèses nécessaires à son utilisation.

I : Champ magnétique

1) Les champs en physique

2) Champ magnétique

a- Aimants b- Champs magnétiques créés par des courants   c- Champ magnétique Terrestre   d- Ordres de grandeur à connaître 

II : Cartographier le champ magnétique

1) Cartes de champs magnétiques à connaître

Tracer l'allure des cartes de champ magnétique pour un aimant droit, une spire circulaire et une bobine longue.

Comment peut-on réaliser un champ magnétique quasi-uniforme ?

Donner les ordres de grandeur de champs magnétiques au voisinage d'un aimant usuel, dans un appareil à IRM et du champ magnétique terrestre.

2) Analyse du lien entre courants et champs magnétiques

  a- Fil infini    b- Spires    c- Solénoïde     d- Bobines de Helmholtz 

III : Symétries et invariances des distributions de courant, conséquences

1) Symétries et antisymétries d'une distribution de courant

2) Conséquences des symétries sur B

Donner les quatre phrases qui donnent les conséquences des symétries de la distribution de courant sur le champ magnétique. Associer ces phrases à des schémas illustratifs.

3) Invariances d’une distribution de courant et conséquences

Définir les invariances d'une distribution de courant, et en donner les conséquences sur le champ magnétique.

4) Méthode pour déterminer la forme générale du champ magnétique

IV : Moment magnétique

1) Vecteur surface

Définir le vecteur surface associé à une boucle de courant plane.

2) Moment magnétique d'une boucle plane

Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane.

3) Moment magnétique d'un aimant permanent

Donner l'ordre de grandeur du moment magnétique associé à un aimant usuel.

I : Premier principe

1) Énergie totale d'un système thermodynamique 2) Énoncé du premier principe

Enoncer précisément le premier principe 

    - pour une transformation infinitésimale 

    - le cas général pour une transformation quelconque (énergie totale)

    - dans le cas fréquent (système au repos, énergie interne)

 Déterminer le transfert thermique reçu sur les transformations suivantes : isochore ; isobare ; et isotherme d'un gaz parfait. (sans utiliser l'enthalpie pour l'instant)

II : Une nouvelle fonction d'état : l'enthalpie

1)Définition 2)Capacité thermique à pression constante 3) Gaz parfait 4) Phase condensée

- Donner la définition de l'enthalpie. Quelle est son unité ?

- Donner la définition  de la capacité thermique à pression constante. Quelle est son unité ? 

- Donner l'expression de l'enthalpie molaire d'un gaz parfait.

- Quelle propriété présente l'enthalpie molaire d'un gaz parfait ?

- Que peut-on dire de l'enthalpie d'une phase condensée par rapport à l'énergie interne ? De même, que peut-on dire des deux capacités thermiques ?

- Quelle propriété présente l'enthalpie molaire de phase condensée ?

- Exprimer les capacités thermiques molaires des gaz parfaits en fonction de $R$ et $\gamma$.

III : La détente de Joule-Gay-Lussac 

I : Décrire le mouvement d'un solide

1) Solide indéformable   2) Repérage d'un solide  3)Translation et rotation

- Qu'est-ce qu'un solide ?

- Définir le mouvement de translation d'un solide dans un référentiel. Qu'est-ce qu'une translation rectiligne ? circulaire ?

- Quel est le mouvement d'un point d'un solide en rotation autour d'un axe fixe ? 

- Exprimer la vitesse d'un point d'un solide en rotation autour d'un axe fixe.

II : Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation

1) Moment cinétique d'un système de points (Définition, cas du moment cinétique d'un solide en rotation)

- Donner la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d'inertie.

- Quelle est l'unité du moment d'inertie. Que quantifie le moment d'inertie ?

2) Moment des forces (Définition , cas du moment des forces intérieures)

- Donner l'expression du moment des forces exercées sur un solides

- Cas particulier du poids : simplifier l'expression du moment, Interprétation 

- Savoir que le moment des forces intérieures est nul pour un solide (déformable ou indéformable)

3) Couple

- Qu'est-ce qu'un couple ?

4) Liaison pivot

- Qu'est-ce qu'une liaison pivot ? Comment est le moment par rapport à l'axe de rotation qu'elle peut produire ?

- Qu'est-ce qu'une liaison pivot parfaite ? Que peut-on dire de son moment par rapport à l'axe de rotation ?

5) Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation

- Enoncer le TMC scalaire par rapport à l'axe de rotation pour un solide en rotation. 

III Exemples d'application du TMC

1) Pendule pesant

- Etablir l'équation du mouvement du pendule pesant. 

- Etablir l'intégrale première du mouvement du pendule pesant. Identifier les différents termes. Que traduit cette équation ?

2) Pendule de torsion

- Etablir l'équation du mouvement du pendule torsion. 

- Etablir l'intégrale première du mouvement du pendule torsion. Identifier les différents termes. Que traduit cette équation ? 

IV Approche énergétique du mouvement d'un solide en rotation

1) Énergie cinétique

- Donner la relation entre l'énergie cinétique, la vitesse angulaire de rotation et le moment d'inertie. 

2) Puissance et travail des actions mécaniques (extérieures et intérieures)

- Donner la relation entre la puissance d'une action mécanique, le moment de l'action par rapport à l'axe de rotation et la vitesse angulaire de rotation. 

- Que peut-on dire de la puissance des actions mécaniques intérieures dans un solide ? dans un système déformable ? 

3) Théorèmes énergétiques

- Enoncer le TPC et le TEC pour un solide en rotation autour d'un axe fixe. 

V : Systèmes déformables

- Enoncer le TPC et le TEC pour un système déformable. Que doit-on prendre en compte ?

exemples du tabouret, patineur, ...  

I : La nécessité d'un second principe

1) L'insuffisance du premier principe

2) Transformations réversibles et irréversibles

3) Les causes d'irréversibilité

 Définir transformation réversible.

 Citer des causes d'irréversibilité, donner des exemples.

II : Deuxième principe de la thermodynamique

1) Énonce du second principe

Enoncer le deuxième principe.

2) La fonction d'état entropie (Propriétés \ Expressions ) (au moins une expression de S en fonction d'un couple de variables (P,V), (P,T), (V,T) sera fournie)

 Comment exprime-t-on l'entropie échangée reçue algébriquement par un système au cours d'une transformation monotherme  (thermostat de température $T_t$) ?

 Comment est l'entropie créée sur une transformation irréversible ? réversible ?

 Comment évolue l'entropie d'un système isolé ?

 Comment évolue l'entropie au cours d'une transformation adiabatique réversible ?

3) Interprétation microscopique

Comment peut-on interpréter l'entropie en terme de désordre statistique ?

 Interpréter la formule de Boltzmann de l'entropie.

III : Loi de Laplace

 Citer la loi de Laplace, et les hypothèses nécessaires à son utilisation.