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Questions de cours:

- Chapitre 28: Champ magnétique

• Propriétés du champ magnétique.
• Sources de champ magnétique.
• Citer des ordres de grandeur de champs magnétiques : au voisinage d’aimants, dans un appareil d’IRM, dans le cas du champ magnétique terrestre.
• Lignes de champ, cartes de champ magnétique.
• Exploiter une représentation graphique d’un champ vectoriel, identifier les zones de champ uniforme, de champ faible et l’emplacement des sources.
• Tracer l’allure des cartes de champs magnétiques pour un aimant droit, une spire circulaire et une bobine longue.
• Décrire un dispositif permettant de réaliser un champ magnétique quasi uniforme.
• Symétries et invariances des distributions de courant.
• Exploiter les propriétés de symétrie et d’invariance des sources pour prévoir des propriétés du champ créé.
• Lien entre le champ magnétique et l’intensité du courant.
• Évaluer l’ordre de grandeur d’un champ magnétique à partir d’expressions fournies.
• Moment magnétique.
• Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane.
• Associer à un aimant un moment magnétique par analogie avec une boucle de courant.
• Citer un ordre de grandeur du moment magnétique associé à un aimant usuel.

- Chapitre 29: Actions d'un champ magnétique

• Force de Laplace élémentaire dans le cas d’un élément de courant filiforme.
• Différencier le champ magnétique extérieur subi du champ magnétique propre créé par le courant filiforme.
• Établir et citer l’expression de la résultante des forces de Laplace dans le cas d’une barre conductrice placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire.
• Lien entre force de Laplace et force de Lorentz (démo)
• Expérience du rail de Laplace (sans induction), détermination de l’expression de la vitesse.
• Résultante des forces de Laplace.
• Exprimer la puissance des forces de Laplace pour une translation.
• Couple des actions mécaniques de Laplace dans le cas d’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 (expression et démo)
• Établir et exploiter l’expression du moment du couple subi en fonction du champ magnétique extérieur et du moment magnétique.
• Action d’un champ magnétique extérieur uniforme sur un aimant.
• Positions d’équilibre et stabilité.
• Exprimer la puissance des actions mécaniques de Laplace pour la rotation d’une spire.
• Effet moteur d’un champ magnétique tournant.
• Principe du moteur synchrone, condition de décrochage en fonction du couple de charge.

Exercices:

Tous les chapitres (optique, élec, mécanique, ondes, thermo) jusqu'au chapitre 28 inclus.

- Chapitre 28: Champ magnétique

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 27: Statique des fluides

• Propriétés de la particule de fluide.
• Forces surfaciques, forces volumiques. Citer des exemples de chaque type de forces.
• Densité volumique de force de pesanteur (démo).
• Résultante de forces de pression
• Équivalent volumique des forces de pression.
• Exprimer l’équivalent volumique des forces de pression à l’aide d’un gradient (démo).
• Équation locale de la statique des fluides (démo).
• Établir l’équation locale de la statique des fluides.
• Statique dans le champ de pesanteur uniforme : relation dP/dz = − rho g (démo)
• Citer des ordres de grandeur des champs de pression dans le cas de l’océan et de l’atmosphère.
• Exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude dans le cas d’un fluide incompressible et homogène et dans le cas de l’atmosphère isotherme dans le modèle du gaz parfait (démo).
• Poussée d’Archimède (démo pour un cube immergé).
• Expliquer l’origine de la poussée d’Archimède.
• Exploiter la loi d’Archimède.
• Loi de Boltzmann: énoncé, expression du facteur de Boltzmann
• S’appuyer sur la loi d’évolution de la densité moléculaire de l’air dans le cas de l’atmosphère isotherme pour illustrer la signification du facteur de Boltzmann (démo).
• Utiliser k_b T comme référence des énergies mises en jeu à l’échelle microscopique / nombre d'atomes pour un système à deux niveaux
• Exprimer une surface élémentaire dans un système de coordonnées adaptées.
• Utiliser les symétries pour déterminer la direction d’une résultante de forces de pression.
• Évaluer une résultante de forces de pression.
• Résultante des forces de pression sur un barrage droit ou hémicylindrique, moment des forces de pression sur un barrage droit

- Chapitre 28: Champ magnétique

• Propriétés du champ magnétique.
• Sources de champ magnétique.
• Citer des ordres de grandeur de champs magnétiques : au voisinage d’aimants, dans un appareil d’IRM, dans le cas du champ magnétique terrestre.
• Lignes de champ, cartes de champ magnétique.
• Exploiter une représentation graphique d’un champ vectoriel, identifier les zones de champ uniforme, de champ faible et l’emplacement des sources.
• Tracer l’allure des cartes de champs magnétiques pour un aimant droit, une spire circulaire et une bobine longue.
• Décrire un dispositif permettant de réaliser un champ magnétique quasi uniforme.
• Symétries et invariances des distributions de courant.
• Exploiter les propriétés de symétrie et d’invariance des sources pour prévoir des propriétés du champ créé.
• Lien entre le champ magnétique et l’intensité du courant.
• Évaluer l’ordre de grandeur d’un champ magnétique à partir d’expressions fournies.
• Moment magnétique.
• Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane.
• Associer à un aimant un moment magnétique par analogie avec une boucle de courant.
• Citer un ordre de grandeur du moment magnétique associé à un aimant usuel.

Exercices:

Tous les chapitres (optique, élec, mécanique, ondes, thermo) jusqu'au chapitre 27 inclus.

- Chapitre 27: Statique des fluides

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 26: Machines thermiques

• Cycle Beau de Rochas: modélisation, diagramme de Clapeyron, démo du rendement et expression en fonction du taux de remplissement, ordre de grandeur du rendement.
• Définition générale du rendement.
• Définition d’une machine thermique.
• Modélisation d’une machine ditherme.
• Inégalité de Clausius (démo).
• Montrer qu’une machine monotherme ne peut pas fournir de travail.
• Moteur ditherme, rendement, théorème de Carnot (démo), ordres de grandeur.
• Cogénération.
• Cycle de Carnot.
• Machine frigorifique ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour un réfrigérateur (démo), ordre de grandeur.
• Pompe à chaleur ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour une pompe à chaleur (démo), ordre de grandeur.

- Chapitre 27: Statique des fluides

• Propriétés de la particule de fluide.
• Forces surfaciques, forces volumiques. Citer des exemples de chaque type de forces.
• Densité volumique de force de pesanteur (démo).
• Résultante de forces de pression
• Équivalent volumique des forces de pression.
• Exprimer l’équivalent volumique des forces de pression à l’aide d’un gradient (démo).
• Équation locale de la statique des fluides (démo).
• Établir l’équation locale de la statique des fluides.
• Statique dans le champ de pesanteur uniforme : relation dP/dz = − rho g (démo)
• Citer des ordres de grandeur des champs de pression dans le cas de l’océan et de l’atmosphère.
• Exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude dans le cas d’un fluide incompressible et homogène et dans le cas de l’atmosphère isotherme dans le modèle du gaz parfait (démo).
• Poussée d’Archimède (démo pour un cube immergé).
• Expliquer l’origine de la poussée d’Archimède.
• Exploiter la loi d’Archimède.
• Loi de Boltzmann: énoncé, expression du facteur de Boltzmann
• S’appuyer sur la loi d’évolution de la densité moléculaire de l’air dans le cas de l’atmosphère isotherme pour illustrer la signification du facteur de Boltzmann (démo).
• Utiliser k_b T comme référence des énergies mises en jeu à l’échelle microscopique / nombre d'atomes pour un système à deux niveaux
• Exprimer une surface élémentaire dans un système de coordonnées adaptées.
• Utiliser les symétries pour déterminer la direction d’une résultante de forces de pression.
• Évaluer une résultante de forces de pression.
• Résultante des forces de pression sur un barrage droit ou hémicylindrique, moment des forces de pression sur un barrage droit

Exercices:

- Chapitre 25: Transition de phases

• Corps pur, phase, système diphasé en équilibre, états de la matière et noms des changements d’état.
• Diagramme de phases (P,T). Changement d’état à pression constante. Tracés T(t).
• Analyser un diagramme de phase expérimental (P,T). Interpréter l’expérience du fil à travers la glace avec ce diagramme.
• Diagramme (P,T) de l’eau et d’un corps pur quelconque.
• Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), isothermes d’Andrews, obtention.
• Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
• Titre en vapeur, théorème des moments (énoncé et démo)
• Proposer un jeu de variables d’état suffisant pour caractériser l’état d’équilibre d’un corps pur diphasé soumis aux seules forces de pression.
• Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
• Stockage des fluides.
• Équilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte. Humidité relative. Expliquer la rosée matinale, la différence de température minimale pour l'évaporation et l'ébullition.
• Utiliser la notion de pression partielle pour étudier les conditions de l’équilibre liquide-vapeur en présence d’une atmosphère inerte.
• Identifier les conditions d’évaporation et de condensation.
• Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie molaire de changement d’état, enthalpie de fusion, enthalpie de vaporisation, enthalpie de sublimation.
• Exploiter l’extensivité de l’enthalpie et réaliser des bilans énergétiques en prenant en compte des transitions de phases, utilisation pour prédire l'état final d'un système composé de deux phases (exemple: eau liquide+glaçon)
• Déterminer l’état d’équilibre par hypothèse.
• Entropie: Cas particulier d’une transition de phase.
• Citer, démontrer et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase (démo), utilisation pour prédire le caractère réversible ou non d'une transformation avec changement de phase (exemple: eau liquide+glaçon).

- Chapitre 26: Machines thermiques

• Idem partie cours

Pas de colle, on révise les épreuves communes!

Questions de cours:

- Chapitre 25: Transition de phase

• Corps pur, phase, système diphasé en équilibre, états de la matière et noms des changements d’état.
• Diagramme de phases (P,T). Changement d’état à pression constante. Tracés T(t).
• Analyser un diagramme de phase expérimental (P,T). Interpréter l’expérience du fil à travers la glace avec ce diagramme.
• Diagramme (P,T) de l’eau et d’un corps pur quelconque.
• Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), isothermes d’Andrews, obtention.
• Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
• Titre en vapeur, théorème des moments (énoncé et démo)
• Proposer un jeu de variables d’état suffisant pour caractériser l’état d’équilibre d’un corps pur diphasé soumis aux seules forces de pression.
• Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
• Stockage des fluides.
• Équilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte. Humidité relative. Expliquer la rosée matinale, la différence de température minimale pour l'évaporation et l'ébullition.
• Utiliser la notion de pression partielle pour étudier les conditions de l’équilibre liquide-vapeur en présence d’une atmosphère inerte.
• Identifier les conditions d’évaporation et de condensation.
• Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie molaire de changement d’état, enthalpie de fusion, enthalpie de vaporisation, enthalpie de sublimation.
• Exploiter l’extensivité de l’enthalpie et réaliser des bilans énergétiques en prenant en compte des transitions de phases, utilisation pour prédire l'état final d'un système composé de deux phases (exemple: eau liquide+glaçon)
• Déterminer l’état d’équilibre par hypothèse.
• Entropie: Cas particulier d’une transition de phase.
• Citer, démontrer et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase (démo), utilisation pour prédire le caractère réversible ou non d'une transformation avec changement de phase (exemple: eau liquide+glaçon).

- Chapitre 26: Machines thermiques

• Cycle Beau de Rochas: modélisation, diagramme de Clapeyron, démo du rendement et expression en fonction du taux de remplissement, ordre de grandeur du rendement.
• Définition générale du rendement.
• Définition d’une machine thermique.
• Modélisation d’une machine ditherme.
• Inégalité de Clausius (démo).
• Montrer qu’une machine monotherme ne peut pas fournir de travail.
• Moteur ditherme, rendement, théorème de Carnot (démo), ordres de grandeur.
• Cogénération.
• Cycle de Carnot.
• Machine frigorifique ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour un réfrigérateur (démo), ordre de grandeur.
• Pompe à chaleur ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour une pompe à chaleur (démo), ordre de grandeur.

Exercices:

Bien que non au programme de colle, les précédents chapitres de thermodynamique sont considérés comme acquis et pourront être utilisés

- Chapitre 24: Second principe, bilan d'entropie

• Caractère réversible d’une transformation, sources d’irréversibilité.
• Fonction d’état entropie, propriétés.
• Interpréter qualitativement l’entropie en termes de désordre statistique à l’aide de la formule de Boltzmann fournie.
• Deuxième principe de la thermodynamique : entropie créée, entropie échangée.
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan entropique.
• Relier la création d’entropie à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité.
• Analyser le cas particulier d’un système en évolution adiabatique.
• Utiliser la variation d’entropie d’un système. Calculer les entropies échangée et créée.
• Application à la détente de Joule-Gay-Lussac
• Montrer qu'une transformation adiabatique quasi-statique est réversible (démo).
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• Variation d'entropie d'un thermostat (démo).

- Chapitre 25: Transition de phase

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 24: Deuxième principe de la thermodynamique, bilan d'entropie

• Caractère réversible d’une transformation, sources d’irréversibilité.
• Fonction d’état entropie, propriétés.
• Interpréter qualitativement l’entropie en termes de désordre statistique à l’aide de la formule de Boltzmann fournie.
• Deuxième principe de la thermodynamique : entropie créée, entropie échangée.
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan entropique.
• Relier la création d’entropie à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité.
• Analyser le cas particulier d’un système en évolution adiabatique.
• Utiliser la variation d’entropie d’un système. Calculer les entropies échangée et créée.
• Application à la détente de Joule-Gay-Lussac
• Montrer qu'une transformation adiabatique quasi-statique est réversible (démo).
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• Variation d'entropie d'un thermostat (démo).

- Chapitre 25: Transition de phase

• Corps pur, phase, système diphasé en équilibre, états de la matière et noms des changements d’état.
• Diagramme de phases (P,T). Changement d’état à pression constante. Tracés T(t).
• Analyser un diagramme de phase expérimental (P,T). Interpréter l’expérience du fil à travers la glace avec ce diagramme.
• Diagramme (P,T) de l’eau et d’un corps pur quelconque.
• Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), isothermes d’Andrews, obtention.
• Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
• Titre en vapeur, théorème des moments (énoncé et démo)
• Proposer un jeu de variables d’état suffisant pour caractériser l’état d’équilibre d’un corps pur diphasé soumis aux seules forces de pression.
• Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
• Stockage des fluides.
• Équilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte. Humidité relative. Expliquer la rosée matinale, la différence de température minimale pour l'évaporation et l'ébullition.
• Utiliser la notion de pression partielle pour étudier les conditions de l’équilibre liquide-vapeur en présence d’une atmosphère inerte.
• Identifier les conditions d’évaporation et de condensation.
• Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie molaire de changement d’état, enthalpie de fusion, enthalpie de vaporisation, enthalpie de sublimation.

Exercices:

- Chapitre 23: Premier principe de la thermodynamique

Les transitions de phase ne sont pas encore au programme pour les exercices

• Premier principe de la thermodynamique. (formes intégrée, infinitésimale et en terme de puissance)
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan énergétique faisant intervenir travail et transfert thermique.
• Utiliser le premier principe de la thermodynamique entre deux états voisins.
• Exploiter l’extensivité de l’énergie interne.
• Montrer qu'une transformation isotherme ne peut pas être adiabatique s'il y a apport de travail.
• Calculer le transfert thermique sur un chemin donné connaissant le travail et la variation de l’énergie interne.
• Enthalpie d’un système.
• Exprimer le premier principe sous forme de bilan d’enthalpie dans le cas d’une transformation monobare avec équilibre mécanique dans l’état initial et dans l’état final.
• Capacité thermique à pression constante dans le cas du gaz parfait et d’une phase condensée incompressible et indilatable.
• Relation de Mayer pour un gaz parfait (démo).
• Cœfficient de Laplace. Expressions de Cv et Cp en fonction de $\gamma$ (démo).
• Loi de Laplace (démo).
• Citer et utiliser la loi de Laplace et ses conditions d’application.
• Enthalpie d’une phase condensée et approximation.
• Calorimétrie: masse en eau du calorimètre, température d’équilibre
• Détente de Joule-Gay-Lussac: montrer la conservation de l'énergie interne (démo).

- Chapitre 24: Second principe, bilan d'entropie

• Idem partie cours