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Chapitre 0 introduction
Introduction et rappels, enseignement scientifique classe de terminale |
I. Introduction et rappels, enseignement scientifique classe de terminale
1) Caractéristiques d’une onde électromagnétique
Une onde électromagnétique est une perturbation locale des champs électrique et magnétique
qui se propage de proche en proche à la vitesse de c=300000km/s dans le vide.
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Exercice
Un faisceau laser, en 1969, fut envoyé Réponse La lumière On a alors la relation L’application |
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2) Célérité, longueur d’onde et spectre visible
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· La relation qui lie la
période T avec la fréquence ν est : T=1/
ν
· Une onde parcourt la distance λ pendant la durée T, sa célérité, c,
est donc :
c= λ/T ou c= λ. ν
Exercice :
La bande visible des ondes électromagnétique par un œil humain se nomme la lumière, sa longueur d’onde est comprise entre λmini =400nm et λMaxi= 800nm. Déterminer les fréquences minimale : νmini et maximale : νMaxi correspondantes.
On a la relation c= λ. ν , on en déduit ν= c / λ
L’application numérique donne
νmini ==c/ λMaxi=3.108/8.10-7=3,75.1014Hz
νMaxi== c/ λmini =3.108/4.10-7=7,5.1014Hz
II. Les lois de l’électricité
1) Représentations de dipôles usuels
Les différents composants essentiels d’un circuit électrique sont représentés par les symboles suivants :
2) Les différents composants essentiels d’un circuit électrique sont représentés par les symboles suivants :
a. Convention récepteur
Pour mesurer une tension U(V), on branche un voltmètre en dérivation. On mesure alors une différence de potentielle entre deux points (A et B). Cette tension mesurée, est symbolisée par une flèche avec le symbole de la tension électrique : U ou UAB . Le sens de la flèche du courant électrique I est toujours opposé à celui de celle de la tension électrique U. (La borne V du voltmètre correspond à la pointe de la flèche, la borne COM à sa base). | ![]() |
b. Convention générateur
La convention générateur s’applique à un générateur qui délivre un courant électrique, les flèches de la tension électrique et du courant électrique sont dans le même sens. | ![]() |
c. Un dipôle particulier : la résistance
Pour une résistance R(Ω) la tension électrique U(V) est proportionnelle au courant électrique I(A) qui la traverse. Cette particularité se retrouve par une caractéristique courant-tension qui forme une droite qui passe par l’origine et la relation : U=R.I
Exercice
Quelle est la valeur de la résistance dont la caractéristique est représentée ci-contre :
Graphiquement au point A pour U=20V on a I=0,04A
On en déduit R=U/I=500Ω
d. Caractéristique et point de fonctionnement
Les caractéristiques d’un dipôle générateur et d’un dipôle récepteur permettent de déterminer le point de fonctionnement, P , lorsqu’ils sont branchés l’un sur l’autre. Soit on obtient la tension à leurs bornes et le courant qui les traverse grâce au point d’intersection des deux caractéristiques.
Exercices
Quels sont les valeurs du courant électrique qui traverse le générateur et la résistance et quelle est la valeur de la tension à leurs bornes ?
Graphiquement
Uf=6V et If=20mA
3) Les lois de
l’électricité
a) la loi des mailles
Dans un montage en série la sommes des tensions aux bornes des
dipôles récepteurs est égale à celle aux bornes du générateur.
Cette loi est celle de l’additivité des tensions (vue en
quatrième). On peut également obtenir le même
résultat par la loi des mailles (vue en seconde) : La somme
des tensions algébriques des tensions le long d’une maille qui doit être
nulle.
Loi d’additivité des
tensions
La tension aux bornes du générateur U est égale à la somme des tensions aux bornes des
dipôles du circuit U1 et U2 :
U=U1+U2
· Loi des mailles
Dans la maille, ou boucle
ci-dessus, on choisit un sens de rotation arbitraire. Toutes les flèches
de tensions rencontrées lors du parcours de la maille qui sont dans le
sens de rotation sont comptées comme positives et toutes celles
rencontrées dans le sens contraire de rotation sont comptées
comme négatives. La somme algébrique de toutes les tensions rencontrées
est nulle
soit : -U+U1+U2=0 et on retrouve la relation : U=U1+U2
b) la loi des nœuds
Dans un montage en dérivation la sommes des courants
électriques des différentes branches correspond au courant
électrique dans la branche principale, cette loi est la loi d’additivité
des courants électriques (vue en quatrième). Elle correspond
à la loi des nœuds (vue en seconde) : La sommes des
courants électriques qui parviennent à un nœud est
égale à la somme de ceux qui en repartent.
· Loi d’additivité des
courants électriques
le courant dans la branche principale( celle
qui contient le générateur) est égal à la somme des
courants dans les branches dérivées Soit I=I1+I2
· Loi des nœuds
Le courant qui arrive au nœud A est I, les courants qui en repartent sont I1et I2 , on en déduit que : I=I1+I2
Exercice
Déterminer la valeur de la
résistance R si U2=5V
E=10V et i1=i2=50mA
On applique la loi des mailles :
E-U1-U2=0. Soit U1=E-U2=5V
On applique la loi des nœuds en A : I=I1+I2 On en déduit : I=100mA
On applique la loi d’ohm U1=R.I
On en déduit : R=U1/I=5/0,1=50 Ω
III. Les réactions
chimiques
1. Quelques espèces
chimiques
Nom |
Diazote |
Dioxygène |
Dioxyde de carbone |
Méthane |
Ozone |
Dioxyde de soufre |
Protoxyde d’azote |
Fer |
Formule |
N2 | O2 | CO2 | CH4 | O3 | SO2 | N20 | Fe |
2. Réaction
d’oxydation
Lors d’une réaction d’oxydation un
réactif perd des électrons au profit d’un oxydant comme
l’oxygène, exemple de l’oxydation du fer pour former l’oxyde ferrique
soit de la rouille
4 Fe +3O2→2Fe2O3
Exercice
Le métal fer réagit avec le
dioxygène pour former aussi de la
magnétite Fe3O4 donner l’équation bilan
3 Fe(s) +2O2(g) →Fe3O4(s)
3. Réaction de
combustion
Une combustion (qui est également une réaction
d’oxydation) est la réaction d’un
combustible avec un comburant, elle se fait généralement avec le dioxygène de l’air et forme en
général de l’eau et du dioxyde de carbone
Exercice
Le méthane (le combustible)
réagit avec le dioxygène ( le comburant) pour former de l’eau et du dioxyde de
carbone, en dégageant une importante quantité de chaleur donner l’équation bilan de cette réaction chimique
CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(g)
IV. Energie et puissance
1. L’énergie
a. définition
L’énergie est la capacité d’un
système à produire du mouvement ou de la chaleur ou de la lumière ou de
modifier un état. Son unité standard est le Joule(J).
b. Les formes d’énergies
- L’énergie cinétique qui
provient du mouvement d’un objet - L’énergie potentielle qui
provient de l’altitude d’un objet. - L’énergie chimique due aux
liaisons entre les atomes des molécules. - L’énergie nucléaire provient
des liaisons entre les nucléons des atomes. - L’énergie thermique due
à l’agitation des molécules et atomes. - L’énergie radiative due aux
rayonnements électromagnétiques.
c. Les sources d’énergie
- Les sources d’énergies
fossiles (pétrole, charbon et gaz) viennent de la décomposition
d’êtres vivants. - La source d’énergie
éolienne provient de l’énergie cinétique du vent. - La source d’énergie de la
géothermie provient de à l’énergie thermique du sous-sol
terrestre. - La source d’énergie
nucléaire provient des noyaux radioactifs.
d. Les conversions
d’énergies
Un convertisseur transforme une forme
d’énergie en une autre forme d’énergie, lors de cette conversion
l’énergie globale se conserve. On définit :
- L’énergie absorbée
comme celle qui entre dans le convertisseur. - L’énergie utile comme
l’énergie que distribue le convertisseur. - L’énergie perdue est l’énergie
thermique dissipée par le convertisseur - Le rendement d’un convertisseur
est le rapport de l’énergie utile sur l’énergie absorbée
Exercice
On a donné ci-contre le schéma de la conversion
d’énergie effectuée par une lampe à incandescence, donner
son rendement
Par définition
r=Eutile/Eabsorbée
L’application numérique donne :
r=10/100(x100)=10%
e. Les transferts d’énergie
thermique
On peut transférer de l’énergie
thermique par conduction, par convection et par rayonnement
La
puissance
a) définition
La puissance P(W) est l’énergie E(J) transférée par unité de temps,
t(s). On en déduit la relation :
P=E/t ou E=P.t
Il existe une autre unité plus usuelle
de puissance comme le kW et d’énergie comme le kW.h
Exercice
Une lampe de 300W fonctionne pendant 20
minutes quelle énergie consomme-t-elle en joule et en kilowattheure ?
On applique la relation E=P.t avec P=500W et t=
20.60=1200s
On obtient E(J)= 600000J
Pour obtenir E(kW.h) on applique la relation
EkW.h)=E(J)/3,6.106 on obtient alors E(kW.h)=0,167kW.h
On peut utiliser une autre méthode : avec
P=0,5kW et t=1/3h , on retrouve alors la même valeur.
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