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Sciences Physiques

PCSI2

Année 2018 – 2019

Lundi 4 Septembre : 2 h

Prise de contact : présentation du cours de physique, de l’organisation générale, des attentes.Premiers conseils pour bien débuter l’année.

Cours S00 Exprimer un résultat en physique

I Homogénéité d’un résultat1. Dimensions fondamentales2. Dimension et unité3. Vérifier l’homogénéité d’un résultat

II Cohérence d’un résultat

IIIÉcriture correcte1. Chiffres significatifs (C.S.)2. Incertitude

Mercredi 5 Septembre : 2 h

Signaux Physiques

Cours S01 Oscillateur harmonique

I Exemple connu d’oscillateur harmonique1. Dispositif et observations qualitatives2. Paramétrage et observations quantitatives3. Mise en équation

a. Modélisation

1

Jeudi 6 Septembre : 1 h

b. Equation différentielle du mouvement


Travaux Dirigés S00


TP Force de rappel élastique 2 h

TP Oscillateur harmonique 2 h

Mardi 11 Septembre : 2 h

4. Solution de l’équation différentielle

II Equation différentielle d’un oscillateur harmonique1. Généralisation2. Résolution de l’équation différentielle3. Mise en application4. Autres exemples


IIIAspect énergétique1. Energie du dispositif2. Conservation dans le cas de l’oscillateur harmonique

Cours S02 Propagation d’un signal

I Propagation d’un signal1. Notion de signal2. Nature du signal, spectre

a. Signal acoustiqueb. Signal électriquec. Signal électromagnétique

3. Propagation de signaux : ondes progressivesa. Illustrationb. Onde transversale / longitudinalec. Célérité c


d. Forme mathématique d’une onde progressive




TP Force de rappel élastique 2 h

TP Oscillateur harmonique 2 h


QCM S01 5 min

e. Cas sinusoïdal

II Superposition d’ondes1. Interférences de deux ondes synchrones

a. Approche expérimentale, étude qualitativeb. Etude quantitative, cas particuliers


c. Sommation de signaux synchrones, cas général


2. Ondes de pulsations voisines, battementsa. Mise en évidence expérimentaleb. Somme de deux signaux de pulsations voisinesc. Estimation à l’oreille


Travaux Dirigés S02 fiche A


TPC Ondes ultrasonores 4 h


3. Ondes stationnairesa. Réflexion d’une onde progressive, onde incidente et onde réfléchieb. Superposition, onde stationnairec. Corde vibrante, modes propresd. Dispositif expérimental, la corde de Melde

4. Lien avec le vocabulaire de la musiquea. Son pur : diapasonb. Instruments à corde


c. Instruments à vent

Cours S03 Optique géométrique

I Lumière !1. Sources2. Modèle de l’onde progressive

a. Modèle corpusculaire antiqueb. Optique ondulatoire, modèle vibratoire


c. Retour au modèle corpusculaire


Travaux Dirigés S02 fiche B

Samedi 29 Septembre : 3 h

Devoir Surveillé n◦1 3 h

Lundi 1 Octobre : 4 h

TPC Ondes ultrasonores 4 h

Mardi 2 Octobre : 2 h

QCM S02 5 min

d. Conclusion, notion de rayon lumineuxe. Limites de ce modèle

3. Propagation dans un milieu homogène transparent et isotropea. Principe de propagation rectiligne de la lumièreb. Indice optique d’un milieu

4. Changement de milieu, lois de Snell-Descartesa. Dioptreb. Première approche, ondulatoirec. Retour à l’optique géométriqued. Lois de Snell Descartese. Cas limites

Mercredi 03 Octobre : 2 h

II Miroir plan et lentilles minces1. Miroir plan

a. Définitionb. Image d’un objet ponctuelc. Relation de conjugaison, stigmatisme rigoureuxd. Cas des objets étendus

2. Lentilles mincesa. Généralités


b. Représentations symboliquesc. Stigmatisme et aplanétisme


Travaux Dirigés S02 – Fiche A


TP tournants :

TP Analyse de la lumière 2 h

TP Corde de Melde 2 h

TP Mesure directe du son 2 h

TP Ondes sonores dans un tube 2 h

TP Spectre d’une onde sonore sinusoïdale 2 h


d. Cas d’un objet à l’infini, foyer principal image, plan focal imagee. Cas d’une image à l’infini, foyer principal objet, plan focal objetf. Tracé d’un rayon quelconqueg. Construction de l’image d’un objet étendu


h. Formules du grandissement et relations de conjugaisoni. Quelles relations utiliser et comment ?j. Former une image réelle d’un objet réel

Jeudi 11 Octobre : 1 h

3. Étude succincte de l’œila. Description et modélisationb. Accommodation


Travaux Dirigés S03 – Fiche B


TP tournants :







c. Résolution angulaire, loupe4. Association de lentilles

a. lunette astronomique, lunette de Galilée


b. Microscope

Cours S04 Introduction à la mécanique quantique

I Confrontation entre la mécanique classique et l’expérience1. Mécanique classique2. Effet photo-électrique, nécessité de la notion de photon

a. Dispositif expérimentalb. Observationsc. Interprétationd. Relations de Planck-Einstein

Approche documentaire – Appareil photo numérique pour Mercredi 7 Novembre


3. Onde de matière : interférence d’onde de matièrea. Dispositif expérimentalb. Observationsc. Interprétationd. Relation de De Broglie.e. Traitement quantique ou classique ?f. Diffraction d’un faisceau d’électrons par un cristal

II Fonction d’onde et inégalité de Heisenberg1. Notion de fonction d’onde

a. Nécessitéb. Densité de probabilité


Travaux Dirigés S03 – Fiche C

Samedi 20 Octobre : 3 h


Vacances de Toussaint

Lundi 6 Novembre : 4 h

TP tournants :






Mardi 6 Novembre : 2 h

QCM S03 10 min

c. Interprétation de l’expérience d’interférence d’atomes froids2. Inégalité de Heisenberg spatiale

a. Idéeb. Illustration expérimentalec. Résultat issu de la mécanique quantique

IIIParticules confinées1. Cas général2. Exemple de l’oscillateur harmonique

a. Description classique, rappelsb. Description quantique

3. Particule libre confinée 1D, puits rectangulaire infini

Mercredi 7 Novembre : 2 h

4. Conclusion

Cours S05 Circuits électriques dans l’ARQS

I Grandeurs électriques1. Description d’un circuit électrique, un peu de vocabulaire2. Charge électrique q

3. Courant électriquea. Déplacement des porteurs de chargeb. Intensité du courant i

Jeudi 8 Novembre : 1 h

c. Loi des nœudsd. Approximation des régimes quasi-stationnaires

Approche documentaire – Effet Photoélectrique pour Mercredi 21 Novembre




TP tournants :




TP Onde stationnaire sonore dans un tube 2 h


TPC Formation des images 2 h


4. Tension électrique u, loi des maillesa. Notion de potentiel électrique v, tension électrique :b. Loi des mailles

II Dipôles électriques1. Définition2. Convention d’orientation3. Puissance électrique p

4. Caractéristique courant – tension d’un dipôle5. Exemple du résistor ou conducteur ohmique ou “résistance”

a. Caractéristique, loi d’Ohmb. Association série de deux résistors, résistor équivalent


c. Association parallèle de deux résistors, résistor équivalentd. Simplification d’une association de résistors

6. Générateursa. Générateur idéalb. Générateurs réelsc. Modélisation Thévenin

7. Point de fonctionnement d’un circuit


QCM S04 10 min

IIIÉtude de circuits linéaires en régime continu1. Circuit à une maille

a. Loi des mailles en terme de courantb. Loi de Pouillet




TP tournants :








c. Pont diviseur de tension2. Circuits à deux mailles

a. Simplification du circuitb. Pont diviseur de courantc. Utilisation des lois de Kirchhoffd. Loi des nœuds en terme de potentiels

3. Circuits plus complexesa. Exemple d’utilisation des méthodes précédentes


b. Exemple de résolution par application des lois de Kirchhoff

Cours S06 Circuits linéaires du premier ordre

I Deux nouveaux dipôles1. Condensateur

a. Constitutionb. Relation constitutivec. Continuité de la tension uC(t)d. Comportement en régime continue. Aspect énergétique, puissancef. Condensateur réel


2. Bobine (inductance, self-inductance ou encore solénoïde.)a. Constitutionb. Relation constitutivec. Continuité de l’intensité du courant iL(t)d. Comportement en régime continue. Aspect énergétique, puissancef. Bobine réelle




TP tournants :








QCM S05 10 min

II Réponse d’un circuit RC à un échelon de tension1. Circuit, conditions initiales et étude qualitative2. Équation différentielle en uC(t)3. Résolution de l’équation différentielle : charge du condensateur4. Tracé5. Intensité du courant dans le circuit

a. Expressionb. Tracé


6. Portraits de phase7. Aspect énergétique

a. Énergie emmagasinée dans le condensateurb. Énergie dissipée dans la résistancec. Énergie fournie par le générateurd. Répartition de l’énergiee. Évolution des énergies au cours du temps

8. Réponse libre d’un circuit RC

a. Circuit et conditions “initiales”b. Equation différentielle en uC(t)c. Portrait de phase


d. Résolution de l’équation différentielle : décharge du condensateure. Tracéf. Intensité du courant dans le circuit

IIIRéponse d’un circuit RL à un échelon de tension1. Circuit2. Équation différentielle en i(t)3. Résolution de l’équation différentielle : établissement du courant4. Tracé5. Tension aux bornes de la bobine



Samedi 1er Décembre : 3 h


Lundi 3 Décembre : 4 h

TP tournants :

TP Etude et applications d’instruments d’optique 2 h

TP Réalisation et étude d’instruments d’optique 2 h

TP Résistance, résistance de sortie et résistance d’entrée 2 h

TP Spectre d’une onde sonore complexe 2 h

TP Structures spatiales périodiques et stockage de l’info. 2 h


Cours S07 Oscillateurs amortis

I Oscillateurs amortis en régime transitoire1. Oscillateur mécanique amorti par frottements fluides

a. Dispositif et conditions initialesb. Comportement du systèmec. Approche énergétiqued. Mise en équation

Jeudi 1er Décembre : 1 h


Mardi 4 Décembre : 2 h

2. Comparaison avec un circuit RLC série en régime librea. Circuit et conditions initialesb. Réponse du circuitc. Approche énergétiqued. Mise en équation

3. Equation canonique, analogiea. Similitudesb. Equation canoniquec. Identification pour chaque systèmed. Analogie électro-mécanique

4. Résolution de l’équation différentielle en régime libre, solHa. Régime apériodiqueb. Régime critique

Mercredi 5 Décembre : 2 h

c. Régime pseudo-périodiqued. Cas idéal du régime harmoniquee. Comparaison des différents régimes

5. Réponse à un échelona. Circuit et conditions initialesb. Equation différentielle en uC(t), forme canonique.c. Résolution de l’équation différentielle : charge du condensateurd. Equivalent mécanique








6. Cas d’un circuit RLC parallèlea. Circuit et conditions initialesb. Équation différentielle en uC(t)c. Comparaison avec le RLC série

II Dipôles linéaires en régime sinusoïdal forcé1. Régime sinusoïdal forcé2. Représentation d’un signal sinusoïdal

a. Utilisation des complexesb. Variante : diagramme de Fresnel


3. Dipôles linéaires en RSFa. Loi d’Ohm généraliséeb. Impédance complexe de dipôles passifsc. Dipôles actifsd. Association de dipôles linéaires

Jeudi 13 Décembre : 1 h

IIICircuits linéaires en RSF, RLC série1. Lois et Théorèmes de l’électrocinétique en RSF

a. Lois de Kirchhoffb. Théorèmes de l’électrocinétique










2. Circuit RLC en régime sinusoïdal forcé, résonances.a. Caractéristiques du circuitb. Résonance en intensité


c. Résonance en tension aux bornes du condensateur ?d. Equivalent mécanique


Cours S08 Filtrage Linéaire

I Signaux périodiques1. Caractéristiques

a. Définition et premier exempleb. Autres exemplesc. Valeur moyenned. Valeur efficace

2. Décomposition d’un signal périodiquea. Exemplesb. Généralisation, théorème de Fourier



Vacances de Noël

Lundi 7 Janvier : 4 h






Mardi 8 Janvier : 2 h

c. Valeur efficaced. Spectre d’un signal périodique

II Filtrage1. Principe2. Mise en pratique : quadripôles électrique3. Fonction de transfert en régime sinusoïdal forcé4. Caractéristiques de filtres du premier et du second ordre

a. Bande passanteb. Principaux types de filtres linéaires et exemples d’application

Mercredi 9 Janvier : 2 h

c. Diagrammes de Boded. Diagramme asymptotique

5. Effets d’un filtre sur un signal6. Notion de Gabarit

Jeudi 10 Janvier : 1 h

7. Compléments sur le filtre passe-bas du premier ordrea. Caractère pseudo-intégrateur du filtreb. Impédance d’entrée et impédance de sortie

8. Filtre passe-haut du premier ordre.









TPC Spectro-goniomètre 2 h


IIIAutres exemples de filtres et associations1. Nécessité2. Filtre passe-bas d’ordre deux

a. Montageb. Comportement asymptotiquec. Fonction de transfertd. Diagrammes de Bode

3. Filtre passe-bande d’ordre deuxa. Montageb. Comportement asymptotiquec. Fonction de transfertd. Diagrammes de Bode


e. Effets sur un signal4. Association de filtres en cascade

a. Intérêtb. Montagec. Fonction de transfertd. Diagrammes de Bodee. Exemple

Mécanique

Cours M01 Cinématique

I Description et paramétrage du mouvement d’un point1. Point matériel2. Repères, référentiel

a. Nécessitéb. Référentiels d’observationc. Mouvement et trajectoire

3. Rappels sur les vecteursa. Produit scalaireb. Projection d’un vecteur sur un axec. Composantes d’un vecteur


4. Systèmes usuels de coordonnées, vecteur positiona. Coordonnées cartésiennes (x, y, z)b. Coordonnées cylindro polaires (ou cylindriques) : (r, θ, z)c. Coordonnées polaires : (r, θ)

Approche documentaire – Sismographe pour Mercredi 30 Janvier


Travaux Dirigés S08 Fiche B







TPC Spectro-goniomètre 2 h


d. Coordonnées sphériques : (r, θ, ϕ)5. Vecteur vitesse d’un point M

a. Définitionb. Détermination graphique de ~v

c. Expression de ~v en coordonnées cartésiennesd. Expression de ~v en coordonnées cylindro-polairese. Expression de ~v en coordonnées sphériques

6. Vecteur accélérationa. Définitionb. Détermination graphique de ~a


c. Direction de ~ad. Expression de ~a en coordonnées cartésiennese. Expression de ~a en coordonnées cylindropolaires

II Exemples de mouvements1. Mouvement uniformément accéléré2. Mouvement circulaire


IIIMouvement d’un solide1. Définition2. Translations

a. Définitionb. Différents types de translation

3. Rotation autour d’un axe fixea. Définitionb. Exemplesc. Vitesse angulaire du solided. Vitesse d’un point du solide


Travaux Dirigés M01


Cours M02 Dynamique newtonienne

I Loi de la quantité de mouvement1. Quantité de mouvement

a. Cas d’un point matérielb. Cas d’un système matériel S

2. Forcesa. Principe d’inertieb. Exemple de l’interaction gravitationnellec. Principe des actions réciproquesd. Propriétés

3. Loi de la quantité de mouvement ou seconde loi de Newton


4. Autres forces usuelles / applicationsa. Poids / chute libre sans frottementb. Frottements fluides / modèles plus évolués de la chute d’un corpsc. Frottement solide / glissement sur un plan incliné


d. Force de rappel élastique / position d’équilibre et oscillateur amorti.e. Tension d’un fil / pendule simple


II Approche énergétique du mouvement d’un point matériel1. Travail d’une force dans un référentiel

a. Travail élémentaireb. Travail W de ~F


Travaux Dirigés M01 – Fiche B

Lundi 4 Février : 4 h

TP Etude d’un filtre ADSL 2 h

TP Goniomètre à réseau 2 h

TP Oscillateur mécanique amorti en RSF 2 h

TP Oscillateur électrique amortis, RLC série 2 h

TP Système du premier ordre en régime transitoire 2 h

Mardi 5 Février : 2 h h

c. Cas particuliersd. Travail de la résultante de forces

2. Puissance d’une force dans un référentiel3. Théorèmes énergétiques

a. Intérêtb. Théorème de la puissance cinétiquec. Théorème de l’énergie cinétique

IIISystèmes à un degré de liberté1. Définition et exemples2. Utilisation des théorème énergétiques

a. Théorème de la puissance cinétiqueb. Théorème de l’énergie cinétique

Mercredi 6 Février : 2 h

3. Forces conservatives, énergie potentiellea. Exemple de la force de rappel, énergie potentielle élastiqueb. Généralisation, forces conservativesc. Interprétation physique de l’Ep

d. Autre force conservative : le poids, énergie potentielle de pesanteur.e. Force gravitationnelle et force électrostatiquef. Forces non conservatives

Jeudi 7 Février : 1 h

4. Énergie mécaniquea. Définitions et théorèmesb. Utilisation des théorèmes de l’énergie mécanique : TEM et TPM

5. Utilisation de méthodes graphiquesa. Profil énergétique Ep(x)

Travaux Dirigés M02 – Fiche A

Samedi 9 Février : 1 h


Vacances de Février




TP Mobile dans un champ de pesanteur uniforme 2 h



Mardi 26 Février : 2 h

b. Portrait de phasec. Exemplesd. Lien entre le profil énergétique et le portrait de phasee. Petits mouvements autour d’une position d’équilibre stable

6. Cas du pendule simplea. Étude énergétique

Mercredi 27 Février : 2 h

b. Portrait de phase et évolution temporelle.

Cours Mouvement de particules chargées dans ~E et ~B constants.

I Position du problème, forces en présence1. Approche expérimentale, notion de champ

a. Champ électrique ~E

b. Champ magnétique ~B

2. Force de Lorentza. Produit vectorielb. Définition de la Force de Lorentz

Jeudi 28 Février : 2 h

II Particule chargée dans un champ ~E seul1. Trajectoire : application du PFD.2. Application : déviation d’un faisceau de particules.3. Détermination de v, aspect énergétique

Lundi 4 Mars : 4 h






Mardi 5 Mars : 2 h

4. Cas des particules de haute énergie

IIIParticule chargée dans un champ ~B seul1. Aspect énergétique : conservation de l’énergie cinétique2. Trajectoire : PFD + méthode classique ou des complexes.

a. Equations différentielles du mouvementb. Méthode classiquec. Méthode des complexesd. Équations paramétriques et trajectoire

Mercredi 6 Mars : 2 h

3. Cas particulier de la trajectoire circulaire

Cours M04 Loi du moment cinétique

I Moment cinétique1. Moment cinétique d’un point matériel M par rapport à un point A

2. Moment cinétique de M par rapport à un axe orienté ∆3. Moment cinétique d’un système par rapport à un axe

a. Cas d’un système discret de points matérielsb. Cas d’un solide, moment d’inertie J∆

Jeudi 7 Mars : 1 h

II Moment d’une force1. Moment d’une force ~F par rapport à un point A : ~MA(~F ).2. Moment d’une force ~F par rapport à un axe orienté ∆ : M∆(~F )

Jeudi 7 Mars : 1 h








Mardi 12 Mars : 2 h

3. Moment résultant de forces appliquées en différents points d’un système, notion decouplea. Expressions généralesb. Exemple du poidsc. Cas particulier d’un couple de forcesd. Cas des forces intérieurese. Liaison pivot

IIILoi du moment cinétique1. Cas d’un point matériel

a. Démonstrationb. Enoncéc. Application au pendule simple


d. Version scalaire, théorème scalaire du moment cinétique (TSMC)e. Cas particulier des forces centrales, conservation du moment cinétique

2. Cas d’un système3. Pendule de torsion

a. Définitions et exemplesb. Equation différentiellec. Analogie avec l’oscillateur harmoniqued. Portrait de phase, influence des frottements

4. Pendule pesanta. Définition et exemplesb. Equation différentielle du mouvementc. Analogie avec le pendule simpled. Portrait de phasee. Effet des frottements

Jeudi 14 Mars : 2 h

IV Approche énergétique du mouvement du solide en rotation1. Energie cinétique du solide en rotation2. Théorèmes énergétiques

a. Puissance et travail d’une force s’exerçant sur un solide en rotationb. Théorème de la puissance cinétiquec. Théorème de l’énergie cinétique

3. Energies potentiellesa. Energie potentielle du couple de torsionb. Energie potentielle de pesanteur

Jeudi 14 Mars : 1 h

Travaux Dirigés M04 – Fiche A

Lundi 18 Mars : 4 h






Mardi 19 Mars : 2 h

4. Energie mécanique et intégrales premières du mouvementa. Energie mécanique et théorèmesb. Application au pendule de torsionc. Application au pendule pesant

5. Cas d’un système déformable, tabouret d’inertiea. Bilan énergétique du tabouret d’inertieb. Généralisation à tout système déformablec. Théorèmes énergétiques pour un système déformable


Cours M05 Mouvements dans un chp de force centrale conservatif

I Forces centrales conservatives, généralités1. Définition et exemples

a. Définitionsb. Oscillateur harmonique plan

2. Lois générales de conservationa. Conservation du moment cinétique et conséquencesb. Conservation de l’énergie mécanique, énergie potentielle effective

II Cas des champs newtoniens1. Loi de force

a. Définitionb. Exemple de l’interaction gravitationnelle : force de gravitationc. Exemple de l’interaction électrostatique : force coulombienne

2. Énergie potentielle

Jeudi 21 Mars : 1 h

3. Énergie potentielle effective, discussion graphique de l’évolution radialea. Interaction attractive : k > 0b. Interaction répulsive : k < 0c. Trajectoires possibles : admis

4. Trajectoire circulaire et applicationsa. Utilisation de la conservation du moment cinétique ⇒ v constante.b. Application du principe fondamental de la dynamique ⇒ valeur de v et T

Jeudi 21 Mars : 1 h

Travaux Dirigés M04 – Fiche B

Samedi 23 Mars : 3 h


Lundi 25 Mars : 4 h






Mardi 26 Mars : 2 h

c. Energie mécanique ⇒ v par méthode énergétique.d. Cas particulier d’un satellite géostationnaire

5. Trajectoires elliptiquesa. Lois de Keplerb. Caractéristiques des trajectoires elliptiquesc. Énergie mécaniqued. Étude de la vitessee. Seconde loi de Keplerf. Utilisation de la troisième loi de Kepler


7. Mouvement hyperboliquea. Cas attractifb. Cas répulsif, exemple de la diffusion de Rutherford

Thermodynamique

Cours T01 Descriptions d’un système à l’équilibre

I Différentes échelles de description d’un système1. Système thermodynamique2. Libre parcours moyen3. Echelle microscopique4. Echelle macroscopique, grandeurs d’état5. Equation d’état, exemple du gaz parfait et des phases condensées


6. Echelle mésoscopique, particule de fluide

II Description microscopique de la matière, modèle du GPM1. Modèle du gaz parfait monoatomique : GPM2. Pression cinétique du GPM

a. Interprétation physique de la pression P

b. Distribution des vitessesc. Modèle simplifié avec choc frontal

3. Température absolue T d’un GPMa. Interprétation physique de la températureb. Energie cinétique moyenne < ec > d’une particule d’un GPM

Approche documentaire – L’expérience de Rutherford pour mercredi 24 avril

Jeudi 27 Mars : 1 h


Lundi 1 Avril : 4 h

TP Adaptation d’impédance, application au lecteur mp3 2 h

TP Etude d’un haut-parleur électrodynamique 2 h

TP Etude du fluide SF6 2 h

TP Chute d’une bille dans le glycérol 2 h

TP Pendules (torsion et simple) 2 h

Mardi 2 Avril : 2 h

c. Température T d’un GPM4. Energie interne d’un gaz parfait monoatomique5. Extension aux gaz parfaits polyatomiques : GPP

IIIModélisation macroscopique de la matière1. Généralisation et mesure de P et T

a. Mesure de P

b. Mesure de T

c. Équilibre thermodynamique d’un système2. Du gaz réel au gaz parfait

a. Principe de l’étude expérimentaleb. Réseaux d’isothermes en coordonnées de Clapeyron : P (v = V

m) à différentes T

c. Réseaux d’isothermes dans le diagramme d’Amagat PV = f(P )d. Conclusion

3. Compressibilité d’un fluide4. Cas des phases condensées5. Energie interne

a. Notion d’énergie totale E et décompositionb. Gaz parfaitsc. Gaz réelsd. Phases condensées : solides et liquides

IV Changement d’état1. Définitions et propriétés2. Diagramme d’état d’un corps pur (P, T )

a. Définition et tracéb. Point triple et point critique


c. Cas particulier de l’eau3. Étude particulière de l’équilibre liquide - vapeur

a. Diagramme de Clapeyron (P, v = Vm)

b. Point critique C

c. Titre en vapeurd. Problème du stockage des fluides

4. Equilibre liquide-vapeur d’eau en présence d’une atmosphère inerte

Jeudi 29 Mars : 1 h

Cours T02 Énergie échangée au cours d’une transformation

I Transformations d’un système1. Généralités2. Transformation quasi-statique (mécaniquement réversible)3. Transformation réversible4. Transformation irréversible5. Cas particuliers : on fixe un paramètre d’état

a. Température : transformations isothermes / monothermesb. Pression : transformations isobares / monobaresc. Volume : transformations isochores.d. Cas des changements d’état

6. Transformation adiabatique

Jeudi 29 Mars : 1 h

Travaux Dirigés T01–Fiche A

Vacances de Printemps

Lundi 22 Avril : 4 h

Férié

Mardi 23 Avril : 2 h

II Travail des forces de pression1. Travail élémentaire des forces de pression2. Travail fini des forces de pression

a. Cas généralb. Transformations isochoresc. Transformations monobaresd. Transformations quasi-statiques

3. Représentation graphique du travail des forces de pression4. Travail autre que celui des forces de pression

Cours T03 Premier principe. Bilans d’énergie

I Enoncés du premier principe de la thermodynamique1. De la mécanique à la thermodynamique

a. Non conservation de l’énergie mécaniqueb. Point de vue de la thermodynamique : conversion d’énergie

2. Enoncé général3. Enoncé usuel

II Application au calcul des transferts thermiques1. Cas général2. Hypothèses sur la transformation

a. Transformation adiabatiqueb. Transformation cycliquec. Transformation isochore, CV

3. Une nouvelle fonction d’état, l’enthalpie H

a. Définition et utilitéb. Calcul de QP dans le cas le plus courant

Mercredi 24 Avril : 2 h

c. Capacité thermique à pression constante CP

4. Hypothèses sur le type de système étudiéa. Cas des phases condensées, application à la calorimétriea. Cas des phases condensées, application à la calorimétrieb. Cas des gaz parfaits

Jeudi 25 Avril : 1 h

5. Changements d’état (transition de phase)a. Nature de la transformationb. Enthalpie massique de transition de phasec. Utilisation de diagrammesd. Application au calcul du transfert thermique

Jeudi 25 Avril : 1 h

Travaux Dirigés T01 – Fiche B

Samedi 27 Avril : 3 h


Lundi 29 Avril : 4 h






Mardi 30 Avril : 2 h

e. Bilan thermique sur une transformation comportant un changement d’état

Cours T04 Deuxième principe. Bilans d’entropie.

I Nécessité d’un second principe1. Sens d’évolution des transformations2. De l’hétérogénéité à l’homogénéité, notion d’entropie

II Second principe de la thermodynamique1. Énoncé2. Entropie d’échange3. Entropie de création4. Cas des transformations adiabatiques

IIIVariation d’entropie d’un système1. Phases condensées : solides et liquides

a. Entropie des phases condenséesb. Variation d’entropie d’une phase condenséec. Variation d’entropie d’une phase condensée au contact d’un thermostatd. Variation d’entropie d’un thermostat

Mercredi 1er Mai : 2 h

Férié

Jeudi 2 Mai : 1 h

2. Gaz parfaitsa. Entropie d’un Gaz Parfaitb. Variation d’entropiec. Lois de Laplace

3. Cas des changements d’étata. Nature de la transformationb. Entropie massique de changement d’étatc. Lectures graphiques

Jeudi 2 Mai : 1 h

Travaux Dirigés T02

Lundi 6 Mai : 4 h






Mardi 7 Mai : 2 h

Cours T05 Machines thermiques

I Différents types de machines1. Définitions2. Bilans sur un cycle

a. Bilan énergétiqueb. Bilan entropique

3. Cycle monotherme4. Cycle ditherme

a. Représentationb. Bilans énergétique et entropiquec. Diagramme de Raveau.

II Étude de moteurs dithermes1. Représentation, principe de Carnot2. Rendement du moteur ditherme3. Cycle moteur de Carnot4. Machine thermique réelle : moteur de Beau de Rochas

Mercredi 8 Mai : 2 h

Férié

Jeudi 9 Mai : 1 h

IIIÉtude de récepteurs dithermes1. Exemples2. Efficacité (cœfficient de performance) d’un récepteur

a. Réfrigérateur ou climatiseurb. Pompe à chaleurc. Commentaires

Approche documentaire – Aspect statistique de l’entropie pour Jeudi 16 Mai

Jeudi 17 mai : 1 h


Lundi 13 Mai : 4 h






Mardi 14 Mai : 2 h

3. Etude de l’écoulement stationnairea. Organe d’une machineb. Premier principe “industriel”

4. Application au réfrigérateura. Principeb. Descriptionc. Tracé du cycle dans le digramme des frigoristes p(h)d. Détermination du coefficient de performance


Cours T06 Statique des fluides

I Relation de la statique des fluides1. Position du problème, notion de champ2. Forces extérieures appliquées sur une particule fluide

a. Forces volumiquesb. Forces surfaciques

3. Relation de la statique des fluides4. Application à la statique des fluides incompressibles

a. Relation de l’hydrostatique

Jeudi 16 mai : 1 h

b. Applications5. Statique des fluides compressibles : cas de l’atmosphère isotherme

a. Modèleb. Variation de P avec l’altitude

Jeudi 16 mai : 1 h

Travaux Dirigés Fin T03 et T04

Lundi 20 Mai : 4 h






Expériences de thermodynamique.

TPC Bouillant de Franklin 5 min

TPC Evaporation sous vide 5 min

TPC Opalescence critique 5 min

Présentations orales : 5 x 7 min

Mardi 21 Mai : 2 h



c. Distribution de Boltzmann6. Equation locale de la statique des fluides

a. Gradient d’un champ scalaireb. Equivalent volumique des forces de pressionc. Application à la statique des fluides

II Actions d’un fluide au repos1. Résultante des forces de pression exercées sur une paroi

a. Principeb. Paroi plane

Jeudi 25 Mai : 1 h

c. Paroi sphériqued. Paroi cylindrique

2. Cas d’un solide immergé : poussée et principe d’Archimèdea. Définition de la poussée d’Archimèdeb. Démonstration et énoncé du principe d’Archimèdec. Cas particulier usueld. Restriction

Approche documentaire – Facteur de Boltzmann pour travail en autonomie.

Jeudi 23 Mai : 1 h


Lundi 27 Mai : 4 h






Expériences de thermodynamique.

TPC Bouillant de Franklin 5 min

TPC Evaporation sous vide 5 min

TPC Opalescence critique 5 min

Présentations orales : 5 x 7 min

Mardi 28 Mai : 2 h

Travaux Dirigés Fin T05

Induction et force de Laplace

Cours I01 Champ magnétique

I Sources de champ magnétique1. Mise en évidence2. Ordre de grandeur3. Cartes de champ, étude qualitative

II Etude quantitative de quelques cartes de champ1. Fil rectiligne

a. Carte de champb. Observationsc. Expression de ~B


d. Théorème de superposition2. Spire circulaire

a. Carte de champb. Observationsc. Expression de ~B

d. Association de deux spirese. Association de N spires, solénoïde

3. Vers un champ uniformea. Intérêt et solutions possiblesb. Le solénoïde longc. Modèle du solénoïde infiniment long

IIIDipôle magnétique1. Intérêt de l’étude2. Moment magnétique3. Cas des aimants

Cours I02 Actions d’un champ magnétique

I Force de Laplace1. Force de Lorentz, force de Laplace élémentaire2. Résultante des forces élémentaires : force de Laplace

a. Expression générale et mise en évidence expérimentaleb. Cas d’un champ magnétique uniforme

Jeudi 30 juin : 1 + 1 h

Férié

Lundi 3 Juin : 4 h

TPC Calorimétrie 3 h


Mardi 4 Juin : 2 h

3. Expérience des rails de Laplace4. Puissance des forces de Laplace

II Spire rectangulaire dans un champ magnétique1. Résultante des efforts2. Puissance du couple3. Généralisation aux aimants4. Positions d’équilibre et stabilité

IIIChamp tournant1. Principe2. Production d’un champ tournant3. Application aux moteurs synchrones

Mercredi 5 Juin au Vendredi 7 Juin : 3 + 1 h

Concours Blanc

Lundi 10 Juin : 4 h

Férié

Mardi 11 Juin : 4 h

Cours I03 Lois de l’induction

I Flux du champ magnétique

II Principe de l’induction1. Approche expérimentale2. Sens du courant3. Exemple d’application de la loi de Lenz

IIILoi de Faraday

Mercredi 12 Juin : 2 h

Cours I04 Circuit fixe dans ~B(t)

I Cas d’une unique bobine : auto-induction1. Flux propre vs flux extérieur2. Inductance propre3. Inductance propre d’une bobine de grande longueur4. Phénomène d’auto-induction5. Mesure de l’inductance propre6. Étude énergétique

Jeudi 13 Juin : 2 h

II Cas de deux bobines en interaction : inductance mutuelle1. Mise en évidence expérimentale2. Applications3. Inductance mutuelle4. Équations de couplage

Lundi 10 Juin : 4 h

TPC Calorimétrie 3 h


Mardi 14 Juin : 1 h

5. Étude en régime sinusoïdal forcé (harmonique)6. Étude énergétique7. Application au transformateur

Cours I05 Circuit mobile dans ~B stationnaire

I Conversion de puissance mécanique en puissance électrique1. Translation : le retour du rail de Laplace

a. Système et notationsb. Étude qualitativec. Mise en équation

Mercredi 19 juin : 2 h

d. Bilan énergétique2. Rotation : la spire contre-attaque

a. Système et notationsb. Étude qualitativec. Mise en équationd. Bilan énergétique

3. Freinage inductif

II Conversion de puissance électrique en puissance mécanique1. Machine à courant continu à entrefer plan

Jeudi 20 Juin : 1 h

2. Haut-parleur électrodynamiqueTravaux Dirigés I03 fin

Jeudi 20 Juin : 1 h

Travaux Dirigés I02

Lundi 24 Juin : 4 h

TPC Circuits couplés par mutuelle 2 × 2 h

Mardi 25 juin : 2 h

Travaux Dirigés I04 et I05

Mercredi 26 Juin : 2 h

Présentation TIPE

Jeudi 27 Juin : 3 h

Présentation TIPE

Vendredi 28 Juin : 3 h

Entrtiens individuels

Lundi 2 Juillet : 2 h

Conseil de classe

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