Rsums de cours de Physique-ChimieTerminale S

P.-M. CHAURANDLyce de Chamalires

Anne scolaire 2013-2014

Table des matires

1 Ondes et particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Caractristiques des ondes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Proprits des ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Analyse spectrale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 change de proton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Contrles de qualit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Lois de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Mouvements dans les champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Cintique et catalyse chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1210 Reprsentation des molcules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1311 Travail et nergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1412 Relativit restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1513 Transformations organiques I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514 Transformations organiques II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515 Stratgie de synthse et slectivit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1616 Dualit onde-particule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1717 Transferts dnergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1818 Les enjeux nergtiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1919 Dveloppement durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1920 Numrisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1921 Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2022 Science et socit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Chapitre 1 1

Chapitre 1

Ondes et particules

Rayonnement Ce terme gnral va qualifier lmissionde particules, quil sagisse de photons (consti-tuants en particulier la lumire visible, mais aussiles ondes lectromagntiques), de neutrinos (par-ticules de masse trs faible et qui interagissent trsfaiblement avec la matire) ou de matire or-dinaire (en particulier, des protons et des lec-trons).

Cosmique On nomme rayonnement cosmique primaire leflux de particules en provenance de lespace, ren-contrant les couches hautes de latmosphre. Cesparticules ont pour source principale le Soleil, ethors les photons non chargs et les neutrinos demasse trs faible, on distingue principalement desprotons et des lectrons.

Atmosphre En interagissant avec les atomes et mol-cules de latmosphre, ces protons ou lectrons durayonnement cosmique primaire crent des rac-tions nuclaires lorigine de gerbes de particules.Parmi toutes les particules mises, des muons, sem-blables des lectrons, mais avec une masse plusleve, atteignent le sol.

Fentres de transparence Tous les photons en prove-nance du Soleil (et ventuellement dautres astres)ne se retrouvent pas au niveau du sol. Certains sontarrts par latmosphre. On parle de fentre detransparence pour qualifier les bandes de frquencepour lesquelles les ondes lectromagntiques tra-versent latmosphre, essentiellement dans le do-maine radio et une (petite !) bande dans le do-maine visible.

Protection Lopacit de latmosphre nous protge dunepartie des photons gamma, X et UV. Le champ ma-gntique terrestre nous protge des particules char-ges, principalement protons et lectrons, dont unepartie plonge aux ples en mettant loccasion demagnifiques aurores borales.

Sources Le Soleil est la source principale de rayonne-ments radio, UV, visible ou infrarouge.Une ampoule filament ou incandescence est unesource dinfrarouge et de visible. Les diodes laserutilises dans les lecteurs de CD sont des metteursdinfrarouge (les diodes laser des lecteurs de DVDet de Blu ray sont dans dautres longueurs dondes).Les tubes fluorescents ou nons mettent desUV par excitation du gaz plac entre les deux lec-trodes, UV absorbs par la couche opaque qui re-couvre le verre du tube et qui rmet de la lumirevisible dans plusieurs bandes de frquence.

Onde Une onde correspond au dplacement dune pertur-bation, contenant de lnergie, sans dplacementnet de matire.

Onde mcanique Une onde mcanique se propage dansun milieu matriel ; la perturbation associe londe fait intervenir un mouvement local de la ma-tire. La matire revient sa position dorigine dsque londe sest propage. Le son, les sismes, lahoule sont des exemples dondes mcaniques.

Transversale Une onde est dite transversale quand la di-rection de la perturbation est perpendiculaire ladirection de propagation. Exemples : houle, ondessismiques.

Longitudinale Une onde est dite longitudinale quand ladirection de la perturbation est parallle la di-rection de propagation. Exemples : son, ondes sis-miques (on distingue les ondes sismiques longitu-dinales des transversales).

Puissance La puissance P en watt (W) est gale lner-gie E en joule (J) consomme ou dissipe par unitde temps, cest--dire pendant la dure t en se-conde (s) :

P =E

t

Intensit Lintensit I en watt par mtre carr (W m2)dune onde est gale la puissance vhicule Ppar unit de surface S en mtre carr (m2) :

I =P

SNiveau Le niveau (ou level en anglais), not L, exprim en

dcibel (symbole dB), est reli lintensit I par :

L= 10 log

I

I0

I0 est lintensit de rfrence, dont la valeur seratoujours donne (en gnral, cest lintensit mini-male que le dtecteur dondes peut mesurer).

Dtecteurs dondes On procde par exemple : lil est un dtecteur dondes lectromagn-

tiques visibles, dans ce qui est appel le do-maine du visible (longueur donde entre 380 et760 nm) ;

les photodiodes sont en gnral (trop) sensibles lIR proche, en sus du visible ;

loreille est un dtecteur dondes sonores, dansce qui est appel le domaine de laudible (de20 Hz 20 kHz) ;

2 Chapitre 2

un microphone est un dtecteur dondes so-nores, la surpression ou le dplacement des mo-lcules est converti en tension lectrique ;

un sismomtre a pour but de dtecter les ondessismiques...

Dtecteurs de particules On procde par exemple :

une plaque photographique argentique estun excellent dtecteur de photons et de parti-cules ionisantes ;

un compteur Geiger permet aussi de dtec-

ter le passage dune particule ionisante (lec-tron, proton, particule alpha ou noyau dh-lium, muon...) ;

le cosmodtecteur du CPPM de Marseille, avecses raquettes de matriau scintillant, permetaussi de dtecter les particules ionisantes ;

les scintillateurs, les chambres fils ou trajec-tomtres, les calorimtres ou absorbeurs dunacclrateur de particules comme celui du LHCau CERN (Gnve) permettent une identifica-tion des particules produites lors des chocs.

Chapitre 2

Caractristiques des ondes

Clrit La clrit v dune onde, en mtre par seconde(m s1), est donne par (notations videntes) :

v =d

t

Onde progressive Une onde progressive correspond audplacement dune perturbation sans dformation.La perturbation dun point du milieu linstant t estidentique celle de la source au temps t = t , tant le retard du point par rapport la source(dfinition valable aussi entre deux points quel-conques).Espace & temps sont alors lis, puisque lon re-trouve la mme forme donde plus loin, un peu plustard, une fois quelle a progress .

Latis Pro Vous devez tre aptes mener des mesures dedistances, de vitesses et de retards, sur des chro-nophotographies ou sur des enregistrements, ven-tuellement avec laide dun logiciel (comme LatisPro au lyce).

Oscilloscope Vous devez tre capable de mesurer le re-tard dun clap sonore ou dune salve dultrasons laide dun oscilloscope. Notez bien que deux mon-tages sont possibles, suivant que lon dispose dunou de deux rcepteurs.

Onde progressive priodique Une onde progressive p-riodique a toutes les caractristiques de londe pro-gressive, avec en plus un caractre priodique.Il faut savoir reconnatre une telle onde (mettreen vidence la rptition