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Mathématiques : le site bibm@th.net.

Physique-Chimie : l'application Qmax.

Leçon 11 : électrostatique

Notions :

• expression de la force d'interaction électrostatique selon la loi de Coulomb, expression du champ électrostatique généré par une charge ponctuelle, principe de superposition
• expressions des densités volumique, surfacique et linéique de charges
• symétries et invariances des distributions de charges d'une sphère, d'un cylindre infini et d'un plan infini chargés
• principe de Curie, flux du champ électrostatique, théorème de Gauss
• circulation du champ électrostatique. Potentiel électrostatique, gradient
• lignes de champ, tubes de champ, surfaces équipotentielles
• énergie potentielle électrostatique d’une charge ponctuelle placée dans un champ électrostatique extérieur
• condensateur plan modélisé par la superposition de deux distributions surfaciques infinies de charges opposées.

Capacités :

• exprimer le champ électrostatique créé par une charge ponctuelle
• décomposer une distribution de charges en des distributions plus simples dans le but de calculer un champ électrostatique par superposition
• choisir un type de distribution continue adaptée à la situation modélisée, justifier qualitativement le choix d’une modélisation d’une distribution de charges par une distribution infinie, évaluer la charge totale d'une distribution continue dans des situations à géométrie simple
• identifier les plans de symétrie et d'antisymétrie d'une distribution de charges, identifier les invariances d'une distribution de charges, exploiter les symétries et les invariances d'une distribution de charges pour caractériser le champ électrostatique créé
• utiliser le théorème de Gauss pour déterminer le champ électrostatique créé par une distribution présentant un haut degré de symétrie
• établir les expressions des champs électrostatiques créés en tout point de l'espace par une sphère uniformément chargée en volume, par un cylindre infini uniformément chargé en volume et par un plan infini uniformément chargé en surface
• orienter les lignes de champ électrostatique créées par une distribution de charges ; représenter les surfaces équipotentielles connaissant les lignes de champ et inversement ; associer, en dehors des sources, les variations de l'intensité du champ électrostatique à la position relative des lignes de champ ; vérifier qu'une carte de lignes de champ est compatible avec les symétries et les invariances d'une distribution
• établir et exploiter l’expression de l'énergie potentielle d'une charge ponctuelle placée dans un champ électrostatique extérieur
• établir l'expression de la capacité d'un condensateur plan dans le vide en négligeant les effets de bords.

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Leçon 10 : diagramme potentiel-pH

Leçon 11 : électrostatique

Notions :

• expression de la force d'interaction électrostatique selon la loi de Coulomb, expression du champ électrostatique généré par une charge ponctuelle, principe de superposition
• expressions des densités volumique, surfacique et linéique de charges
• symétries et invariances des distributions de charges d'une sphère, d'un cylindre infini et d'un plan infini chargés
• principe de Curie, flux du champ électrostatique, théorème de Gauss.

Capacités :

• exprimer le champ électrostatique créé par une charge ponctuelle
• décomposer une distribution de charges en des distributions plus simples dans le but de calculer un champ électrostatique par superposition
• choisir un type de distribution continue adaptée à la situation modélisée, justifier qualitativement le choix d’une modélisation d’une distribution de charges par une distribution infinie, évaluer la charge totale d'une distribution continue dans des situations à géométrie simple
• identifier les plans de symétrie et d'antisymétrie d'une distribution de charges, identifier les invariances d'une distribution de charges, exploiter les symétries et les invariances d'une distribution de charges pour caractériser le champ électrostatique créé
• utiliser le théorème de Gauss pour déterminer le champ électrostatique créé par une distribution présentant un haut degré de symétrie
• établir les expressions des champs électrostatiques créés en tout point de l'espace par une sphère uniformément chargée en volume.

Note au khôlleurs et aux étudiants : nous n'avons pas encore effectué d'exercice en lien avec cette leçon, nous n'avons fait que l'étude de la sphère chargée en volume : étude des symétries et invariance et application du théorème de Gauss.

Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Leçon 9 : étude thermodynamique des réactions d’oxydo-réduction

Leçon 10 : diagramme potentiel-pH

Notions :

• lecture et utilisation d’un diagramme potentiel-pH.
• diagramme potentiel-pH de l’eau.

Capacités :

• identifier les différents domaines d’un diagramme potentiel-pH fourni associés à des espèces chimiques données
• prévoir une dismutation ou médiamutation en fonction du pH du milieu
• prévoir le caractère thermodynamiquement favorisé ou non d’une transformation par superposition de diagrammes
• prévoir la stabilité thermodynamique des espèces dans l’eau
• exploiter des diagrammes potentiel-pH pour expliquer les phénomènes de corrosion, de passivation et d’immunité.

Note au khôlleurs et aux étudiants : la construction du diagramme de principe est à connaître mais pas celle du diagramme potentiel-pH, mais on peut demander d'obtenir l'équation de quelques frontières.

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Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Leçon 9 : étude thermodynamique des réactions d’oxydo-réduction

Notions :

• relation entre enthalpie libre de réaction et potentiels des couples mis en jeu dans une réaction d’oxydo-réduction
• relation entre enthalpie libre standard de réaction et potentiels standard des couples impliqués
• approche thermodynamique du fonctionnement d’une pile électrochimique
• stockage et conversion d’énergie chimique.

Capacités :

• citer et exploiter la relation entre l’enthalpie libre de réaction et les potentiels des couples mis en jeu dans une réaction d’oxydo-réduction
• déterminer l’enthalpie libre standard d’une réaction d’oxydo-réduction à partir des potentiels standard des couples
• déterminer la valeur du potentiel standard d’un couple d’oxydo-réduction à partir de données thermodynamiques
• établir l’inégalité reliant la variation d’enthalpie libre et le travail électrique
• relier la tension à vide d’une pile électrochimique et l’enthalpie libre de la réaction modélisant son fonctionnement
• décrire et expliquer le fonctionnement d’une pile électrochimique à partir de données sur sa constitution et de tables de potentiels standard
• étudier le fonctionnement d’une pile pour effectuer un bilan de matière.

Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Rappels TSI1 :

• premier principe de la thermodynamique
• propriétés des transformations particulières (adiabatique, iso-, mono-, quasi-statique, réversible)
• définition de l'enthalpie $H$ ; premier principe dans le cas d'une transformation monobare
• deuxième principe de la thermodynamique
• identité thermodynamique ; propriété d'une fonction d'état ; expression du travail mécanique et du transfert thermique dans le cas d'une transformation réversible
• activités chimiques : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées
• quotient de réaction $Q_r$ et constante d'équilibre d'une réaction $K^{\circ}(T)$.

Notions :

• potentiel chimique dans les cas des modèles : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées
• définition de l'enthalpie libre $G$ en fonction de $H$, $T$ et $S$ ; définition de l'enthalpie libre d'un système en fonction des potentiels chimiques et des quantités de matière
• identité thermodynamique pour $G$, expression de $S$ en fonction de $G$
• état standard, état standard de référence et réaction de formation
• enthalpie standard de réaction, enthalpie standard de formation, loi de Hess, enthalpie de changement d'état
• entropie standard de réaction, enthalpie libre standard de réaction, approximation d'Ellingham
• définition de l'enthalpie libre de réaction à partir du quotient de réaction et de la constante d'équilibre de la réaction
• réactions endothermique, exothermique, athermique ; température de flamme, loi de van't Hoff.

Capacités :

• exprimer et utiliser le potentiel chimique d’un constituant
• déterminer la variation d’enthalpie libre, d'entropie et d'enthalpie d’un système physico-chimique entre deux états d’équilibre thermodynamique
• déterminer l'enthalpie standard de réaction et l’entropie standard de réaction à l'aide de tables de données thermodynamiques
• associer le signe de l’enthalpie standard de réaction au caractère endothermique ou exothermique de la réaction
• justifier qualitativement ou prévoir le signe de l’entropie standard de réaction
• évaluer la température atteinte par un système siège d’une transformation physico-chimique supposée monobare et adiabatique
• prévoir le sens d’évolution d’un système chimique à partir de l’enthalpie libre de réaction
• déterminer la valeur de la constante thermodynamique d’équilibre à une température quelconque
• exploiter la relation de van ’t Hoff fournie dans le cadre de l’approximation d’Ellingham.

Document de 870 ko, dans Sciences Physiques/Leçons/Leçon 9