Devoir de SynthÃ¨se NÂ° 1 - Physique - 4Ã¨me Sc et Tech (2009-2010)

DEVOIR DE SYHTHESE N0 :1 SCIENCES PHYSIQUES 4me T1+2+3 et 4me SC Page 1 sur 5

REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE LEDUCATION ET DE LA FORMATION

LYCEE IBN SINA MENZEL BOURGUIBA

Profs : Bouchareb Hassen Sahbani Taoufik

DEVOIR DE Synthse N0: 1

11/12/2009

SECTIONS:

SCIENCES EXPERIMENTALES :4me SC COEF : 4

SCIENCES TECHNIQUES : 4me

T1+2+3

COEF : 4

EPREUVE : SCIENCES PHYSIQUES DUREE : 3h

Bar

CHIMIE (7 points) EXERCICE 1 :(4 points) : On veut effectuer la synthse du mthanoate dthyle, ester qui possde une odeur de rhum

caractristique.

Ce compos est prpar partir dacide mthanoque et dthanol par une raction

destrification.

On donne : Masse volumique de leau : eau = 1 g.cm-3.

On considrera que les 4 espces chimiques sont dans la mme phase.

acide mthanoque thanol mthanoate dthyle eau

Masse molaire (g.mol-1) 46,0 46,0 74,0 18,0

Densit 1,21 0,79 0,92 1,00

On introduit dans un ballon 11,4 mL dacide mthanoque et 17,4 mL dthanol et on ajoute

quelques gouttes dacide sulfurique concentr.

On chauffe pendant 1 heure, temps suffisamment long pour atteindre lquilibre.

Le volume de mthanoate dthyle obtenu alors est Vester = 16 mL.

1) a- Vrifier quon a un mlange quimolaire qui renferme 0,3 mol dacide et 0,3 mole dalcool.

b- Vrifier que la quantit de matire dester form lquilibre est de 0,2 mol.

2) a- crire lquation de la raction destrification et indiquer deux de ses caractristiques.

b- Construire le tableau davancement de cette raction.

3) a- Calculer lavancement maximal xm, lavancement final xf, et le taux davancement final f.

b- Donner lallure de la courbe x=f (t) ou x dsigne lavancement de la raction et t le temps.

En prcisera les points remarquables.

4) Au mlange final prcdent, on ajoute 0,2 mol dthanol.

a. Donner la composition initiale de ce nouveau mlange.

b. Quelle est la valeur de la fonction des concentrations ? Dans quel sens le mlange

ractionnel va-t-il voluer ?

EXERCICE 2 : (3 points) : Dans une enceinte de volume constant V = 1 L, on introduit 0,18 moles dioxyde de soufre SO2

gazeux et b mol de dioxygne O2 gazeux une temprature , La raction ainsi ralise est limite

et elle est schmatise par lquation :

2SO2 (g) + O2(g) 2SO3 (g)

Les valeurs des constantes d'quilibres de la raction sont K1 =25 une temprature 1 et

K2 =106 une temprature 2 avec 2 < 1.

1) a- On dsigne par x lavancement de la raction. Dresser un tableau dcrivant lvolution du

systme chimique.

b- Calculer, la temprature 1, les concentrations des espces chimiques prsentes

l'quilibre sachant quil reste 0,08mol de SO2 lquilibre.

c- Vrifier que .

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.25

0.25

1

0.5

0.75

0.25

b=0,1125 mol

http://b-mehdi.jimdo.com


2) Le systme tant l'quilibre, la temprature 1, on ajoute bo mol de dioxygne.

a- Enoncer la loi de modration.

b- Dans quel sens le systme volue spontanment? Justifier.

3) Le systme tant en quilibre, la temprature 1, doit-on augmenter ou diminuer la pression

pour favoriser la formation du trioxyde de soufre S03. Justifier la rponse.

4) Quel est le caractre nergtique de la raction de formation du trioxyde de soufre S03.

Justifier.

PHYSIQUE (13 points)

EXERCICE 1 :(6 points) : Un lve curieux veut vrifier la valeur de la rsistance r dune bobine relle dinductance

L=250 mH, modlise sous forme dun diple (r, L) en srie. La tension en fonction du temps aux

bornes dune telle bobine est donne par la relation :

dttdi

b Ltritu)(

)()( Il dispose de tout le matriel souhaitable et procde

plusieurs essais.

I) - En rgime permanent :

Pour mesurer la valeur de r, llve ralise un circuit comportant un gnrateur de tension

continue de valeur E = 6 V de rsistance interne ngligeable, un ampremtre numrique, un

voltmtre numrique, des fils de connexion et la bobine tudier.

1) Complter le schma 1 du circuit (voir page 5 sur 5 rendre la fin de lpreuve avec la

copie) en indiquant les positions de lampremtre et du voltmtre. Faire figurer la tension Ug = E

(tension aux bornes du gnrateur) ainsi que la tension Ub (t) qui est la tension aux bornes de la

bobine.

2) Les mesures des appareils donnent Ub = 6 V et Ib = 400 mA.

En dduire la valeur r de la rsistance de la bobine dans ce cas particulier. Justifiez votre

dmarche.

II) - En rgime transitoire :

Llve modifie le montage prcdent auquel il ajoute une rsistance R0=10 en srie. Il

remplace les appareils de mesure par un oscilloscope

mmoire. La tension du gnrateur reste fixe et

gale 6 V.

1) Quel est alors le phnomne observ dans le

circuit la fermeture de linterrupteur?

2) Sur le schma 2 du circuit indiquer comment

brancher loscilloscope pour obtenir une tension

proportionnelle lintensit du courant i (t) dans le

circuit. Justifier votre rponse. Faire le

branchement sur la page 5 sur 5 rendre avec la

copie la fin de lpreuve.

3) Dterminer la valeur de la constante de temps partir du graphe 1 de la page 5.

Dtailler clairement la mthode utilise sur le graphe 1 de la page 5 sur 5.

4) La bobine ayant une inductance L = 250 mH, dduire la valeur r de sa rsistance.

5) On considre que lintensit i (t) atteint la valeur limite I0 au bout dune dure de 5.

0.25

0.25

0.5

0.5

0.5

0.5

0.25

0.5

0.25

0.25

0.25

0.5



a. Quel est alors le rgime de fonctionnement de la bobine ?

b. Exprimer r, rsistance de la bobine, en fonction de E, I0, et R0. Calculer sa valeur r. 6) La valeur de linductance est multiplie par deux, tracer lallure de la nouvelle courbe? Sur le

graphe 1 de la page 5 sur 5.

III) - En rgime oscillatoire :

Cette bobine est branche lorigine des dates aux bornes dun condensateur de capacit C

initialement charg sous une tension Uo.

1) a. On branche un oscilloscope aux bornes du condensateur

et on observe sur lcran des oscillations pseudopriodiques

de pseudo priode T (voir graphe 2 de la page 5).

Interprter lamortissement des oscillations.

b. dduire du graphe 2 la tension maximale Uo du

condensateur, et la valeur de la pseudopriode T.

2) Rappeler lexpression littrale de la priode propre T0

dun oscillateur LC et dduire la valeur de C on suppose que

la priode propre To du circuit est pratiquement gal la pseudopriode T.

3) a) Etablir lquation diffrentielle relative au circuit en fonction de L, r, C, uc (t) et

2

2 )(

dt

tud C

b) Montrer que lnergie totale de loscillateur nest pas conserve.

c) Calculer lnergie dissipe dans le circuit pendant la 1re pseudopriode.

EXERCICE 2 : (4points) Un condensateur de capacit C=10-6 F est charg sous une tension continue U0 puis branch aux

bornes dune bobine dinductance L et de rsistance ngligeable. La variation de la charge q du

condensateur en fonction du temps est donne par la figure suivante :

1) a- Dterminer la valeur de la priode propre T0 et celle de la charge maximale Qm

emmagasine par le condensateur.

b- Dduire la valeur de la tension U0 et linductance L. On prendra 2 =10

c- Ecrire les expressions de q, Uc, et i en fonction du temps.

2) a- Donner les expressions des nergies Ee et EL emmagasines respectivement dans le

condensateur et dans la bobine une date t.

b- Montrer que lnergie lectromagntique est constante .Calculer sa valeur.

3) Reprsenter Ee (t) et EL (t) pour 0 t T0.

0.25

0.25

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

1.5

0.5

0.5

0.5



EXERCICE 3 : (3 points) : (Etude dun texte scientifique)

Une lampe sans pile

La lampe induction est une lampe de poche qui ne ncessite aucune pile, contrairement aux

lampes de poches traditionnelles. Elle comporte un aimant pouvant se dplacer dans une bobine, un

circuit lectronique qui laisse passer le courant dans un seul sens, un condensateur et une diode

lectroluminescente (DEL).

Pour charger cette lampe, il suffit de la secouer (1) avec rgularit pendant quelques instants.

Lobjectif est dobtenir le dplacement de laimant travers la bobine. Le courant alternatif cr

est redress par le circuit lectronique en courant continu. Le condensateur se charge alors puis

se dcharge dans la diode lectroluminescente.

La lampe induction peut dlivrer de 5 30 minutes de luminosit pour20 30 s dagitation. Elle a

une dure de vie estime (2) dau moins 50 000 heures. De ce fait elle fournit toujours une lumire

efficace sans utiliser de piles ni ncessiter le changement daucune pice.

(1) Secouer : agiter rapidement et plusieurs fois.

(2) Estime : value approximativement.

1) Expliquer le phnomne physique origine du courant dans la lampe.

2) Prciser linducteur et linduit dans cette lampe.

3) Expliquer pourquoi la lampe induction est capable dmettre la lumire mme aprs avoir

cesser de la secouer.

4) Donner les avantages dune lampe induction par rapport une lampe de poche traditionnelle.

0.75

0.75

0.75

0.75



Nom et prnom :.... Classe :.. N0 :.

2


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