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Questions de cours:

- Chapitre 21: Description d'un système thermodynamique à l'équilibre

• Échelles microscopique, mésoscopique, et macroscopique. Libre parcours moyen (démo).
• Définir l’échelle mésoscopique et en expliquer la nécessité.
• Préciser les paramètres nécessaires à la description d’un état microscopique et d’un état macroscopique sur un exemple
• Citer quelques ordres de grandeur de libres parcours moyens.
• Distribution des vitesses moléculaires d’un gaz (homogénéité et isotropie).
• Vitesse quadratique moyenne.
• Pression cinétique (démo). Utiliser un modèle unidirectionnel avec une distribution discrète de vitesse pour montrer que la pression est proportionnelle à la masse des particules, à la densité particulaire et au carré de la vitesse quadratique moyenne.
• Température cinétique (démo). Exemple du gaz parfait monoatomique : Ec = 3/2kT. (Attention, le théorème de l'équipartition de l'énergie doit être rappelé).
• Calculer l’ordre de grandeur d’une vitesse quadratique moyenne dans un gaz parfait.
• Système thermodynamique.
• Identifier et définir un système ouvert, un système fermé, un système isolé.
• Pression, température, volume.
• Grandeur extensive, grandeur intensive.
• Equation d’état. Exemples du gaz du gaz parfait (loi des gaz parfaits) et d’une phase condensée indilatable et incompressible.
• Équilibre thermodynamique.
• État d’équilibre d’un système soumis aux seules forces de pression.
• Calculer une pression à partir d’une condition d’équilibre mécanique.
• Déduire une température d’une condition d’équilibre thermique.
• Citer quelques ordres de grandeur de volumes molaires ou massiques dans les conditions usuelles de pression et de température.
• Citer et utiliser l’équation d’état des gaz parfaits.
• Énergie interne d’un système. Capacité thermique à volume constant dans le cas du gaz parfait
• Exprimer l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique à partir de l’interprétation microscopique de la température.
• Énergie interne et capacité thermique à volume constant d’une phase condensée considérée incompressible et indilatable.
• Approximation des phases condensées peu compressibles et peu dilatables.
• Première loi de Joule (gaz parfait + phase condensée incompressible, indilatable)
• Différence gaz parfait/gaz réel. Comparer le comportement d’un gaz réel au modèle du gaz parfait sur des réseaux d’isothermes expérimentales en coordonnées de Clapeyron ou d’Amagat.

- Chapitre 22: Energie échangée au cours d'une transformation

• Transformation thermodynamique subie par un système.
• Définitions des évolutions isochore, isotherme, isobare, monobare, monotherme, quasi-statique.
• Définir un système adapté à une problématique donnée.
• Exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final.
• Travail des forces de pression (démo).
• Travail dans le cadre des transformations isochore et monobare.
• Évaluer un travail par découpage en travaux élémentaires et sommation sur un chemin donné dans le cas d’une seule variable.
• Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron.
• Caractère moteur ou récepteur d’un cycle en fonction du sens parcouru sur le diagramme de Clapeyron
• Transferts thermiques.
• Transformation adiabatique.
• Thermostat, transformations monotherme et isotherme.
• Distinguer qualitativement les trois types de transferts thermiques : conduction, convection et rayonnement.
• Identifier dans une situation expérimentale le ou les systèmes modélisables par un thermostat.

- Chapitre 23: Premier principe de la thermodynamique

Les transitions de phase ne sont pas encore au programme

• 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.
• Montrer qu'une transformation isotherme ne peut pas être adiabatique s'il y a apport de travail.
• Exploiter l’extensivité de l’énergie interne.
• 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.

Exercices

- Chapitre 20: Mécanique du solide

• Définition d’un solide indéformable.
• Reconnaître, définir et décrire une translation rectiligne ainsi qu’une translation circulaire.
• Rotation, Décrire la trajectoire d’un point quelconque du solide et exprimer la vitesse des points du solide en fonction de sa distance à l’axe et de la vitesse angulaire.
• Moment cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe : moment d’inertie (démo de la formule mais le calcul d’un moment d’inertie pour un solide donné n’est pas au programme)
• Relier qualitativement le moment d’inertie à la répartition des masses.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide mobile autour d’un axe fixe.
• Exploiter, pour un solide, la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d’inertie fourni.
• Définir un couple de forces.
• Définir une liaison pivot et justifier le moment qu’elle peut produire.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Exploiter le théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Pendule de torsion: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Pendule pesant: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Énergie cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe fixe (démo).
• Utiliser l’expression de l’énergie cinétique, l’expression du moment d’inertie étant fournie.
• TEC d’un solide en rotation (démo).
• Établir, dans ce cas, l’équivalence entre le théorème scalaire du moment cinétique et celui de l’énergie cinétique.
• Système déformable. Théorème de l’énergie cinétique pour un système déformable.
• Utiliser sa nullité dans le cas d’un solide.

- Chapitre 21: Description d'un système thermodynamique à l'équilibre

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 19: Mouvement à force centrale conservative

• Définition d’une force centrale, définition d’une force centrale conservative.
• Établir la conservation du moment cinétique à partir du théorème du moment cinétique.
• Établir les conséquences de la conservation du moment cinétique (démos): mouvement plan, loi des aires (détermination de la constante des aires, interprétation avec la vitesse aréolaire).
• Exprimer l’énergie mécanique d’un système conservatif ponctuel à partir de l’équation du mouvement (cas circulaire).
• Exprimer la conservation de l’énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.
• Décrire qualitativement le mouvement radial (états liés et de diffusion) à l’aide de l’énergie potentielle effective. Relier le caractère borné du mouvement radial à la valeur de l’énergie mécanique.
• Définition d’une force newtonienne. Energie potentielle associée.
• Énoncer les lois de Kepler pour les planètes, savoir les transposer au cas des satellites terrestre
• Cas particulier du mouvement circulaire : satellite, planète.
• Calcul de la vitesse dans le cadre du mouvement circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement circulaire.
• Établir que le mouvement est uniforme et déterminer sa période.
• Établir la troisième loi de Kepler dans le cas particulier de la trajectoire circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement elliptique en fonction du demi-grand axe, calculs des périastres et apoastres.
• Satellites terrestres. Satellites géostationnaire, de localisation et de navigation, météorologiques.
• Différencier les orbites des satellites terrestres en fonction de leurs missions.
• Déterminer l’altitude d’un satellite géostationnaire et justifier sa localisation dans le plan équatorial.
• Vitesses cosmiques : vitesse en orbite basse et vitesse de libération (démos et ordre de grandeur pour la Terre).

- Chapitre 20: Mécanique du solide

• Définition d’un solide indéformable.
• Reconnaître, définir et décrire une translation rectiligne ainsi qu’une translation circulaire.
• Rotation, Décrire la trajectoire d’un point quelconque du solide et exprimer la vitesse des points du solide en fonction de sa distance à l’axe et de la vitesse angulaire.
• Moment cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe : moment d’inertie (démo de la formule mais le calcul d’un moment d’inertie pour un solide donné n’est pas au programme)
• Relier qualitativement le moment d’inertie à la répartition des masses.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide mobile autour d’un axe fixe.
• Exploiter, pour un solide, la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d’inertie fourni.
• Définir un couple de forces.
• Définir une liaison pivot et justifier le moment qu’elle peut produire.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Exploiter le théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Pendule de torsion: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Pendule pesant: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Énergie cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe fixe (démo).
• Utiliser l’expression de l’énergie cinétique, l’expression du moment d’inertie étant fournie.
• TEC d’un solide en rotation (démo).
• Établir, dans ce cas, l’équivalence entre le théorème scalaire du moment cinétique et celui de l’énergie cinétique.
• Système déformable. Théorème de l’énergie cinétique pour un système déformable.
• Utiliser sa nullité dans le cas d’un solide.

- Chapitre 21: Description d'un système thermodynamique à l'équilibre

• Échelles microscopique, mésoscopique, et macroscopique. Libre parcours moyen (démo).
• Définir l’échelle mésoscopique et en expliquer la nécessité.
• Préciser les paramètres nécessaires à la description d’un état microscopique et d’un état macroscopique sur un exemple
• Citer quelques ordres de grandeur de libres parcours moyens.
• Distribution des vitesses moléculaires d’un gaz (homogénéité et isotropie).
• Vitesse quadratique moyenne.
• Pression cinétique (démo). Utiliser un modèle unidirectionnel avec une distribution discrète de vitesse pour montrer que la pression est proportionnelle à la masse des particules, à la densité particulaire et au carré de la vitesse quadratique moyenne.
• Température cinétique (démo). Exemple du gaz parfait monoatomique : Ec = 3/2kT. (Attention, le théorème de l'équipartition de l'énergie doit être rappelé).
• Calculer l’ordre de grandeur d’une vitesse quadratique moyenne dans un gaz parfait.
• Système thermodynamique.
• Identifier et définir un système ouvert, un système fermé, un système isolé.
• Pression, température, volume.
• Grandeur extensive, grandeur intensive.
• Equation d’état. Exemples du gaz du gaz parfait (loi des gaz parfaits) et d’une phase condensée indilatable et incompressible.
• Équilibre thermodynamique.
• État d’équilibre d’un système soumis aux seules forces de pression.
• Calculer une pression à partir d’une condition d’équilibre mécanique.
• Déduire une température d’une condition d’équilibre thermique.
• Citer quelques ordres de grandeur de volumes molaires ou massiques dans les conditions usuelles de pression et de température.
• Citer et utiliser l’équation d’état des gaz parfaits.
• Énergie interne d’un système. Capacité thermique à volume constant dans le cas du gaz parfait
• Exprimer l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique à partir de l’interprétation microscopique de la température.
• Énergie interne et capacité thermique à volume constant d’une phase condensée considérée incompressible et indilatable.
• Approximation des phases condensées peu compressibles et peu dilatables.
• Première loi de Joule (gaz parfait + phase condensée incompressible, indilatable)
• Différence gaz parfait/gaz réel. Comparer le comportement d’un gaz réel au modèle du gaz parfait sur des réseaux d’isothermes expérimentales en coordonnées de Clapeyron ou d’Amagat.

Exercices:

- Chapitre 19: Mouvement à force centrale conservative

• Idem partie cours

- Chapitre 20: Mécanique du solide

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 18: Moment cinétique d'un point

Seuls les systèmes ponctuels sont au programme, la mécanique du solide viendra plus tard.

• Moment cinétique d’un point matériel par rapport à un point et par rapport à un axe orienté.
• Relier la direction et le sens du vecteur moment cinétique aux caractéristiques du mouvement.
• Moment cinétique d’un système discret de points par rapport à un point ou à un axe orienté.
• Utiliser le caractère algébrique du moment cinétique scalaire.
• Moment d’une force par rapport à un point ou un axe orienté.
• Bras de levier, définition, démonstration.
• Exprimer le moment d’une force par rapport à un axe orienté en utilisant le bras de levier.
• Théorème du moment cinétique en un point fixe dans un référentiel galiléen, démonstration.
• Application au pendule simple.
• Identifier les cas de conservation du moment cinétique.

- Chapitre 19: Mouvement à force centrale conservative

• Définition d’une force centrale, définition d’une force centrale conservative.
• Établir la conservation du moment cinétique à partir du théorème du moment cinétique.
• Établir les conséquences de la conservation du moment cinétique (démos): mouvement plan, loi des aires (détermination de la constante des aires, interprétation avec la vitesse aréolaire).
• Exprimer l’énergie mécanique d’un système conservatif ponctuel à partir de l’équation du mouvement (cas circulaire).
• Exprimer la conservation de l’énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.
• Décrire qualitativement le mouvement radial (états liés et de diffusion) à l’aide de l’énergie potentielle effective. Relier le caractère borné du mouvement radial à la valeur de l’énergie mécanique.
• Définition d’une force newtonienne. Energie potentielle associée.
• Énoncer les lois de Kepler pour les planètes, savoir les transposer au cas des satellites terrestre
• Cas particulier du mouvement circulaire : satellite, planète.
• Calcul de la vitesse dans le cadre du mouvement circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement circulaire.
• Établir que le mouvement est uniforme et déterminer sa période.
• Établir la troisième loi de Kepler dans le cas particulier de la trajectoire circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement elliptique en fonction du demi-grand axe, calculs des périastres et apoastres.
• Satellites terrestres. Satellites géostationnaire, de localisation et de navigation, météorologiques.
• Différencier les orbites des satellites terrestres en fonction de leurs missions.
• Déterminer l’altitude d’un satellite géostationnaire et justifier sa localisation dans le plan équatorial.
• Vitesses cosmiques : vitesse en orbite basse et vitesse de libération (démos et ordre de grandeur pour la Terre).

- Chapitre 20: Mécanique du solide

• Définition d’un solide indéformable.
• Reconnaître, définir et décrire une translation rectiligne ainsi qu’une translation circulaire.
• Rotation, Décrire la trajectoire d’un point quelconque du solide et exprimer la vitesse des points du solide en fonction de sa distance à l’axe et de la vitesse angulaire.
• Moment cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe : moment d’inertie (démo de la formule mais le calcul d’un moment d’inertie pour un solide donné n’est pas au programme)
• Relier qualitativement le moment d’inertie à la répartition des masses.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide mobile autour d’un axe fixe.
• Exploiter, pour un solide, la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d’inertie fourni.
• Définir un couple de forces.
• Définir une liaison pivot et justifier le moment qu’elle peut produire.
• Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Exploiter le théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
• Pendule de torsion: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Pendule pesant: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
• Énergie cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe fixe (démo).
• Utiliser l’expression de l’énergie cinétique, l’expression du moment d’inertie étant fournie.
• TEC d’un solide en rotation (démo).
• Établir, dans ce cas, l’équivalence entre le théorème scalaire du moment cinétique et celui de l’énergie cinétique.
• Système déformable. Théorème de l’énergie cinétique pour un système déformable.
• Utiliser sa nullité dans le cas d’un solide.

Exercices:

- Chapitre 18: Moment cinétique du point

• Idem partie cours

- Chapitre 19: Mouvement à force centrale conservative

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 17: Particules chargées

• Force électrique, force magnétique, force de Lorentz
• Évaluer les ordres de grandeur des forces électrique ou magnétique et les comparer à ceux des forces gravitationnelles.
• Puissance de la force de Lorentz.
• Justifier qu’un champ électrique peut modifier l’énergie cinétique d’une particule alors qu’un champ magnétique peut courber la trajectoire sans fournir d’énergie à la particule.
• Énergie potentielle électrostatique, potentiel électrique, exemple du condensateur plan.
• Notion de champ uniforme et stationnaire.
• Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrostatique uniforme.
• Mettre en équation le mouvement et le caractériser comme un mouvement à vecteur accélération constant.
• Effectuer un bilan énergétique pour déterminer la valeur de la vitesse d’une particule chargée accélérée par une différence de potentiel.
• Mouvement d’une particule chargée dans un champ magnétostatique uniforme dans le cas où le vecteur vitesse initial est perpendiculaire au champ magnétostatique.
• Montrer que la vitesse est constante dans ce cas.
• Déterminer le rayon de la trajectoire, le sens de parcours, la pulsation cyclotron.

- Chapitre 18: Moment cinétique d'un point

Seuls les systèmes ponctuels sont au programme, la mécanique du solide viendra plus tard.

• Moment cinétique d’un point matériel par rapport à un point et par rapport à un axe orienté.
• Relier la direction et le sens du vecteur moment cinétique aux caractéristiques du mouvement.
• Moment cinétique d’un système discret de points par rapport à un point ou à un axe orienté.
• Utiliser le caractère algébrique du moment cinétique scalaire.
• Moment d’une force par rapport à un point ou un axe orienté.
• Bras de levier, définition, démonstration.
• Exprimer le moment d’une force par rapport à un axe orienté en utilisant le bras de levier.
• Théorème du moment cinétique en un point fixe dans un référentiel galiléen, démonstration.
• Application au pendule simple.
• Identifier les cas de conservation du moment cinétique.

- Chapitre 19: Mouvement à force centrale conservative

• Définition d’une force centrale, définition d’une force centrale conservative.
• Établir la conservation du moment cinétique à partir du théorème du moment cinétique.
• Établir les conséquences de la conservation du moment cinétique (démos): mouvement plan, loi des aires (détermination de la constante des aires, interprétation avec la vitesse aréolaire).
• Exprimer l’énergie mécanique d’un système conservatif ponctuel à partir de l’équation du mouvement (cas circulaire).
• Exprimer la conservation de l’énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.
• Décrire qualitativement le mouvement radial (états liés et de diffusion) à l’aide de l’énergie potentielle effective. Relier le caractère borné du mouvement radial à la valeur de l’énergie mécanique.
• Définition d’une force newtonienne. Energie potentielle associée.
• Énoncer les lois de Kepler pour les planètes, savoir les transposer au cas des satellites terrestre
• Cas particulier du mouvement circulaire : satellite, planète.
• Calcul de la vitesse dans le cadre du mouvement circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement circulaire.
• Établir que le mouvement est uniforme et déterminer sa période.
• Établir la troisième loi de Kepler dans le cas particulier de la trajectoire circulaire.
• Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement elliptique en fonction du demi-grand axe, calculs des périastres et apoastres.
• Satellites terrestres. Satellites géostationnaire, de localisation et de navigation, météorologiques.
• Différencier les orbites des satellites terrestres en fonction de leurs missions.
• Déterminer l’altitude d’un satellite géostationnaire et justifier sa localisation dans le plan équatorial.
• Vitesses cosmiques : vitesse en orbite basse et vitesse de libération (démos et ordre de grandeur pour la Terre).

Exercices:

- Chapitre 17: Particules chargées dans un champ

• Idem partie cours

- Chapitre 18: Moment cinétique du point

• Idem partie cours