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Questions de cours et exercices sur l'action d'un champ magnétique

1 Retrouver par la méthode de votre choix la dimension d’un champ magnétique.

2 Donner la valeur du champ magnétique terrestre et la valeur du champ magnétique d’un aimant traditionnel.

3 Dessiner l’allure de la carte de champ : • d’un aimant • d’une spire circulaire • d’une bobine longue.

4 Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane de surface S sans laquelle circule un courant d’intensité i.

5 Donner l’ordre de grandeur du moment magnétique : • d’un aimant usuel ;

6 Donner l’expression de la force élémentaire de Laplace.

7 Exploiter les propriétés de symétrie des sources de champ magnétique( les courants) pour prévoir la direction du champ créé notamment dans le cas d'un fil et d'un solénoïde infini

8 On considère une tige posée sur un rail de largeur a dans un champ uniforme et stationnaire de norme B0 et perpendiculaire au rail, dans laquelle on fait circuler un courant d’intensité i à l’aide d’un générateur. a Etablir l’expression de la force de Laplace s’exerçant sur la tige en fonction de a, B0, v et i. b Etablir l’expression de la puissance de cette force.

9 On considère une spire rectangulaire de centre O pouvant tourner autour de l’axe (Oy), plongée dans un champ uniforme et stationnaire dans laquelle circule un courant électrique d’intensité i.

10 Généralisation : donner l’expression du couple magnétique s’appliquant sur un aimant ou un circuit de moment magnétique plongé dans un champ magnétique . Donner l’expression de la puissance de ce couple.

11 Quelle conséquence l’expression du couple magnétique a-t-elle sur le mouvement d’un aimant, par exemple l’aiguille d’une boussole ? ( la boussole s'aligne avec les lignes de champ magnétique). prévoir la stabilité des positions d'équilibre .

Questions de cours et exercices sur l'induction

1 Définir le flux magnétique Φ associé au champ magnétique traversant une surface S à l’aide d’une intégrale double. Simplifier l’expression de Φ lorsque est uniforme.

2 Enoncer la loi de Faraday.

3 Enoncer la loi de Lenz.

4 On considère un rail de Laplace sans générateur mais comprenant une résistance R, sur lequel est posée une tige que l’on tire avec une force . L’ensemble est placé dans un champ magnétique . a Etablir l’équation électrique. b Etablir l’équation mécanique. c Déterminer les expressions de la vitesse v(t) de la barre et de l’intensité du courant induit i(t). d Réaliser un bilan de puissance.

5 Expliquer le principe du freinage par induction.

6 On étudie le principe de fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique. a Donner un dispositif permettant de modéliser un haut-parleur électrodynamique. b Etablir l’équation électrique. c Etablir l’équation mécanique. d Réaliser un bilan de puissance.

7 Dans une machine à courant continu, donner l’expression du couple total des forces de Laplace, ainsi que l’expression de la force électromotrice de la machine.

8 Expliquer l’existence d’un flux propre pour un circuit parcouru par un courant d’intensité i(t).

9 Définir l’inductance propre en utilisant la notion de flux propre.

10 Etablir l’expression de l’inductance d’une bobine, en fonction de μ0, N le nombre de spires, S la surface de la bobine et D sa longueur.

11 Etablir l’expression de la f.é.m induite par auto-induction pour un circuit parcouru par un courant d'intensité i

12 Expliquer le phénomène d’induction mutuelle. Définir l’inductance mutuelle de deux circuits en interaction.

13 Etablir l’expression de l’inductance mutuelle entre deux bobines, la première étant alimentée avec i1, la deuxième étant non alimentée et placée à l’intérieur de la première bobine.

14 Dessiner le schéma électrique équivalent de deux bobines en interaction, en convention récepteur puis en convention générateur.

15 On considère un circuit C1 alimenté par un GBF imposant E1(t)=E1cos(ωt), composé d’une résistance R1 et d’une bobine d’inductance propre L1. On place juste à côté de ce circuit un circuit C2 non alimenté, comportant une résistance R2 et une bobine d’inductance propre L2. a Etablir un système de deux équations couplées d’inconnues i1 et i2, les intensités parcourant chacun des deux circuits. b En utilisant la notation complexe, montrer que la présence de C2 proche de C1 est équivalente à l’ajout dans C1 d’un dipôle dont on donnera l’expression de l’impédance Z .

16 A quoi sert un transformateur de tension ? Schématiser un transformateur et en expliquer le principe sans calcul. A quoi sert la carcasse ferromagnétique ?

17 Établir la loi des tensions pour un transformateur.

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Questions de cours et exercices sur l'action d'un champ magnétique

1 Retrouver par la méthode de votre choix la dimension d’un champ magnétique.

2 Donner la valeur du champ magnétique terrestre et la valeur du champ magnétique d’un aimant traditionnel.

3 Dessiner l’allure de la carte de champ : • d’un aimant • d’une spire circulaire • d’une bobine longue.

4 Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane de surface S sans laquelle circule un courant d’intensité i.

5 Donner l’ordre de grandeur du moment magnétique : • d’un aimant usuel ;

6 Donner l’expression de la force élémentaire de Laplace.

7 Exploiter les propriétés de symétrie des sources de champ magnétique( les courants) pour prévoir la direction du champ créé notamment dans le cas d'un fil et d'un solénoïde infini

8 On considère une tige posée sur un rail de largeur a dans un champ uniforme et stationnaire de norme B0 et perpendiculaire au rail, dans laquelle on fait circuler un courant d’intensité i à l’aide d’un générateur. a Etablir l’expression de la force de Laplace s’exerçant sur la tige en fonction de a, B0, v et i. b Etablir l’expression de la puissance de cette force.

9 On considère une spire rectangulaire de centre O pouvant tourner autour de l’axe (Oy), plongée dans un champ uniforme et stationnaire dans laquelle circule un courant électrique d’intensité i.

10 Généralisation : donner l’expression du couple magnétique s’appliquant sur un aimant ou un circuit de moment magnétique plongé dans un champ magnétique . Donner l’expression de la puissance de ce couple.

11 Quelle conséquence l’expression du couple magnétique a-t-elle sur le mouvement d’un aimant, par exemple l’aiguille d’une boussole ? ( la boussole s'aligne avec les lignes de champ magnétique). prévoir la stabilité des positions d'équilibre .

Questions de cours et exercices sur l'induction

1 Définir le flux magnétique Φ associé au champ magnétique traversant une surface S à l’aide d’une intégrale double. Simplifier l’expression de Φ lorsque est uniforme.

2 Enoncer la loi de Faraday.

3 Enoncer la loi de Lenz.

4 On considère un rail de Laplace sans générateur mais comprenant une résistance R, sur lequel est posée une tige que l’on tire avec une force . L’ensemble est placé dans un champ magnétique . a Etablir l’équation électrique. b Etablir l’équation mécanique. c Déterminer les expressions de la vitesse v(t) de la barre et de l’intensité du courant induit i(t). d Réaliser un bilan de puissance.

5 Expliquer le principe du freinage par induction.

6 On étudie le principe de fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique. a Donner un dispositif permettant de modéliser un haut-parleur électrodynamique. b Etablir l’équation électrique. c Etablir l’équation mécanique. d Réaliser un bilan de puissance.

7 Dans une machine à courant continu, donner l’expression du couple total des forces de Laplace, ainsi que l’expression de la force électromotrice de la machine.

8 Expliquer l’existence d’un flux propre pour un circuit parcouru par un courant d’intensité i(t).

9 Définir l’inductance propre en utilisant la notion de flux propre.

10 Etablir l’expression de l’inductance d’une bobine, en fonction de μ0, N le nombre de spires, S la surface de la bobine et D sa longueur.

11 Etablir l’expression de la f.é.m induite par auto-induction pour un circuit parcouru par

Questions de cours et exercices sur les machines thermiques

1 Comment se traduit le premier principe pour une machine thermique ditherme au cours d’un cycle ?

2 Etablir l’inégalité de Clausius ( deuxième principe pour un cycle ). Dans quel cas a-t-on égalité ?

3 Montrer qu’il n’existe pas de moteur thermique monotherme.

4 On considère un moteur ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour un moteur ditherme. Faire un schéma récapitulatif. b Montrer que choisir W<0 impose le signe de Qc et Qf. c Définir le rendement d’un moteur ditherme.

5Qu’est-ce qu’un cycle de Carnot ? Dessiner un cycle de Carnot dans un diagramme (P, V) puis dans un diagramme (T, S).

6 Enoncer puis démontrer le théorème de Carnot.

7 On considère une machine frigorifique ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour une machine frigorifique ditherme. b Pour un réfrigérateur domestique, qu’est-ce que la source chaude ? Et la source froide ? c Faire un schéma récapitulatif du fonctionnement d’une machine frigorifique ditherme. d Montrer que choisir Qf>0 impose le signe de Qc et W. e Définir l’efficacité d’une machine frigorifique. f Montrer que eFRIGO

8 On considère une pompe à chaleur ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour une pompe à chaleur ditherme. b Pour une pompe à chaleur domestique, qu’est-ce que la source chaude ? Et la source froide ? c Faire un schéma récapitulatif du fonctionnement d’une pompe à chaleur ditherme. d Définir l’efficacité d’une pompe à chaleur. Commenter. e Montrer que ePAC< eREV,PAC. On donnera l’expression de l’efficacité de Carnot eREV,PAC. f Quel est l’intérêt d’une pompe à chaleur, si on la compare avec un radiateur électrique ?

9 Enoncer le premier principe pour un fluide en écoulement (premier principe industriel). Bien préciser à quoi correspond chaque terme.

10Connaître des Ordres de grandeur des efficacité et rendement des machines courantes

11 Expliquer le principe de la cogénération

Questions de cours et exercices sur l'action d'un champ magnétique

1 Retrouver par la méthode de votre choix la dimension d’un champ magnétique.

2 Donner la valeur du champ magnétique terrestre et la valeur du champ magnétique d’un aimant traditionnel.

3 Dessiner l’allure de la carte de champ : • d’un aimant • d’une spire circulaire • d’une bobine longue.

4 Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane de surface S sans laquelle circule un courant d’intensité i.

5 Donner l’expression de la force élémentaire de Laplace.

6 DOnner l'expression de la force de Laplace qui s'exerce sur un conducteur rectiligne parcouru par une intensit i dans un champ magnétique extérieur $\vec B$

7 Exploiter les propriétés de symétrie des sources de champ magnétique( les courants) pour prévoir la direction du champ créé ( dans le cas du fil rectiligne infini et et dans le cas d'un solénoïde infini )

8 On considère une tige posée sur un rail de largeur a dans un champ uniforme et stationnaire de norme $B_0$ et perpendiculaire au rail, dans laquelle on fait circuler un courant d’intensité i à l’aide d’un générateur. a Etablir l’expression de la force de Laplace s’exerçant sur la tige en fonction de a, $B_0$, v et i. b Etablir l’expression de la puissance de cette force.

9 On considère une spire rectangulaire de centre O pouvant tourner autour de l’axe (Oy), plongée dans un champ uniforme et stationnaire $\vec B= B_0 \vec e_x $ dans laquelle circule un courant électrique d’intensité i. a Donner l’expression du couple magnétique en fonction du moment magnétique de la spire et du champ magnétique . b Etablir très précisément cette relation.

10 Généralisation : donner l’expression du couple magnétique s’appliquant sur un aimant ou un circuit de moment magnétique $\vec M$ plongé dans un champ magnétique $\vec B$ . Donner l’expression de la puissance de ce couple.

11 étudier les positions d'équilibre stables et instable d'une boucle de courant ou d'un aimant de moment magnétique $\vec M$ placé dans un champ magnétique extérieur $\vec B$

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Questions de cours et exercices sur les corps pur en équilibre entre deux phases;

1 Définir le titre molaire en vapeur dans un système en équilibre liquide/vapeur. Même question pour le titre massique en vapeur.

2 Dessiner l’allure du diagramme de phase (P, T) de la majorité des corps purs. Placer les domaines de stabilité des différentes phases. Placer les points remarquables et rappeler brièvement leur signification.

3 Donner l’allure du diagramme (P, T) de l’eau. Placer les différentes phases et les points remarquables.

4 Donner l’allure du diagramme (P, v) (dit « de Clapeyron ») d’un corps pur dans le cas général. Placer les domaines de stabilité des différentes phases et le point critique.

5 Tracer plusieurs isothermes d’Andrews sur le diagramme (P, v) (pour T<, Tc T>Tc et T=Tc )/p>

6 Placer sur le diagramme (P, v) la courbe de saturation, la courbe de rosée et la courbe d’ébullition.

7 Définir la pression de vapeur saturante. De quel(s) paramètre(s) dépend cette grandeur ?

8 On considère le point M sur le diagramme de Clapeyron ci-contre. Enoncer la règle des moments chimiques permettant de déterminer la masse de liquide et la masse de vapeur au point M.

Questions de cours et exercices sur les machines thermiques

1 Comment se traduit le premier principe pour une machine thermique ditherme au cours d’un cycle ?

2 Etablir l’inégalité de Clausius ( deuxième principe pour un cycle ). Dans quel cas a-t-on égalité ?

3 Montrer qu’il n’existe pas de moteur thermique monotherme.

4 On considère un moteur ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour un moteur ditherme. Faire un schéma récapitulatif. b Montrer que choisir W<0 impose le signe de Qc et Qf. c Définir le rendement d’un moteur ditherme.

5Qu’est-ce qu’un cycle de Carnot ? Dessiner un cycle de Carnot dans un diagramme (P, V) puis dans un diagramme (T, S).

6 Enoncer puis démontrer le théorème de Carnot.

7 On considère une machine frigorifique ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour une machine frigorifique ditherme. b Pour un réfrigérateur domestique, qu’est-ce que la source chaude ? Et la source froide ? c Faire un schéma récapitulatif du fonctionnement d’une machine frigorifique ditherme. d Montrer que choisir Qf>0 impose le signe de Qc et W. e Définir l’efficacité d’une machine frigorifique. f Montrer que eFRIGO

8 On considère une pompe à chaleur ditherme. a Donner sans démonstration le signe de W, Qc et Qf pour une pompe à chaleur ditherme. b Pour une pompe à chaleur domestique, qu’est-ce que la source chaude ? Et la source froide ? c Faire un schéma récapitulatif du fonctionnement d’une pompe à chaleur ditherme. d Définir l’efficacité d’une pompe à chaleur. Commenter. e Montrer que ePAC< eREV,PAC. On donnera l’expression de l’efficacité de Carnot eREV,PAC. f Quel est l’intérêt d’une pompe à chaleur, si on la compare avec un radiateur électrique ?

9 Enoncer le premier principe pour un fluide en écoulement (premier principe industriel). Bien préciser à quoi correspond chaque terme.

10Connaître des Ordres de grandeur des efficacité et rendement des machines courantes

11 Expliquer le principe de la cogénération

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