PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 8 du 19 au 23 Novembre 2018

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1 PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 8 du 19 au 23 Novembre 2018 Cours S6 : Ouverture au monde quantique EXERCICES UNIQUEMENT I. Succès et limites de la physique classique II. Aspects corpusculaires de la lumière : notion de PHOTON III. Aspects ondulatoires de la matière : notion de FONCTION D'ONDE IV. Inégalité spatiale de Heisenberg V. Quantification de l'énergie d'un quanton libre confiné dans un puits infini à 1D Cours S7 : Lois fondamentales de l'électrocinétique (COURS) I. Cadre de l'étude : Approximation des régimes quasi-stationnaires L'ARQS consiste à négliger le retard à la propagation entre un point source et un point récepteur, à savoir lorsque τ= PM c T soit L λ Par conséquent, à un instant donné, le courant est le même en tout point du conducteur. Dans l'arqs, toute variation de la source se répercute immédiatement à tous les points du circuit. II. Intensité et tension Description d'un circuit électrique : dipôle, association série ou parallèle, nœud, branche, maille Intensité du courant électrique Propriétés de la charge électrique : additive, conservative, charge élémentaire Porteurs de charges dans les métaux, solutions ioniques, semi-conducteurs, plasma. Courant électrique : il s'agit d'un mouvement global et ordonné de porteurs de charge sous l'action d'une force électrique. Intensité du courant électrique : on définit l'intensité instantanée i(t)= dq à partir d'une analogie hydraulique. Mesure du courant électrique et ordres de grandeur. Loi des Nœuds : Grâce à la loi de conservation de la charge électrique, on établit la 1 ère loi de n Kirchhoff εk i k =0 k=1

2 Potentiel et tension électrique Analogie hydraulique : on introduit l'énergie potentielle électrique E =qv (M ) p Une tension électrique U AB correspond à une différence de potentiel entre les points A et B : U AB =V A V B Mesure d'une tension électrique et ordres de grandeur. Loi d'additivité des tensions et loi des mailles : on établit la 2 ème n loi de Kirchhoff εk u k =0 k=1 III. Puissance et conventions pour les dipôles Puissance reçue Convention récepteur : En convention récepteur, la puissance algébriquement reçue par le dipôle vaut : p(t)=u AB (t)i AB (t) en régime variable (puissance instantanée). Puissance cédée Convention générateur : En convention générateur, la puissance algébriquement cédée par le dipôle vaut : p(t)=u AB (t)i BA (t) en régime variable. IV. Présentation des Dipôles linéaires passifs Le conducteur ohmique Modélisation : en convention récepteur, un résistor est un conducteur qui vérifie la loi d'ohm : u R (t)=r i R (t ) Aspects énergétiques : en convention récepteur, la puissance algébriquement reçue par le résistor vaut : p (t)= Ri R 2 (t )= u R 2 (t) R >0 Le résistor se comportera toujours comme un récepteur. Cas limites : lorsque R 0 et lorsque R + Le Condensateur Structure : un condensateur est constitué de 2 armatures conductrices qui se font face (ou s'entourent) et qui sont séparées par un diélectrique. Modèle du condensateur parfait : la résistance du diélectrique est infinie, par conséquent aucune charge ne le traverse. La charge q C (t) est alors proportionnelle à la tension entre les armatures : q C (t )=C u C (t) En convention récepteur, on montre que l'intensité du courant qui traverse un condensateur parfait est proportionnelle aux variations temporelles de la tension entre les armatures : i C (t)=c du C (t) On montre qu'en régime permanent, un condensateur est équivalent à un interrupteur ouvert. aspects énergétiques : en convention récepteur, la puissance algébriquement reçue par le condensateur vaut : p (t)= d (1 2 C u 2 (t)) C Le condensateur peut alors se comporter comme un générateur (décharge) ou un récepteur

3 Il apparaît alors l'énergie stockée sous forme électrique dans le condensateur : E C = 1 2 C u 2 (t) C Cette relation montre que la tension aux bornes d'un condensateur est une FONCTION CONTINUE DU TEMPS (au sens mathématique du terme!!) condensateur réel : prise en compte des fuites de charges grâce à une résistance de fuite. La Bobine Modèle de la bobine parfaite : une bobine parfaite est un enroulement de fils conducteurs, siège de phénomènes d'induction tels qu'en convention récepteur : u L (t)=l di L (t ) On montre qu'en régime permanent, une bobine est équivalente à un interrupteur fermé. aspects énergétiques : en convention récepteur, la puissance algébriquement reçue par la bobine vaut : p(t)= d (1 2 L i 2 (t )) L La bobine peut alors se comporter comme un générateur ou un récepteur. Il apparaît alors l'énergie stockée sous forme magnétique dans la bobine : E L = 1 2 Li 2 (t) L Cette relation montre que le courant qui circule dans une bobine est une FONCTION CONTINUE DU TEMPS (au sens mathématique du terme!!) bobine réelle : prise en compte de la résistance des fils.

4 FICHE D'ÉVALUATION KHÔLLE PCSI Semaine 8 NOM : NOTE : PRÉNOM : Question de cours : Exercice(s) : Compétences transversales A B C D Commentaires S'approprier et analyser le problème Savoir réinvestir les résultats de cours dans de nouvelles situations Savoir faire preuve d'initiatives et de réactivité face aux indications fournies par l'examinateur Savoir présenter son travail : tableau organisé et soigné, communication claire et convaincante Savoir mener un calcul sans erreurs Compétences disciplinaires A B C D Commentaires sur l'aspect corpusculaire de la lumière : Effet Compton, effet photoélectrique... sur l'aspect ondulatoire de la matière : interférences atomiques/moléculaires, expérience de diffraction,... Savoir calculer/tracer des densités de probabilité de présence Connaître et savoir utiliser l'inégalité spatiale de Heisenberg pour estimer des indéterminations quantiques de confinement quantique dans un puits de potentiel infini : calcul de <Ec min > et/ou Emmin de confinement quantique dans un puits de potentiel parabolique : cas de l'oscillateur harmonique quantique Savoir utiliser le modèle de la corde S6 : Ouverture au monde quantique

5 vibrante fixée à ses deux extrémités pour le puits de potentiel infini 1D Mobiliser ses connaissances pour traiter un problème plus complexe : confinement dans un puits infini 3D, confinement atomique ou nucléaire, équation de Schrödinger... Savoir définir clairement l'arqs et savoir vérifier si elle s'applique Maîtriser le vocabulaire élémentaire : dipôle, nœud, branche, maille Savoir définir l'intensité du courant électrique Savoir définir/illustrer la loi des nœuds Connaître des ordres de grandeur de l'intensité du courant électrique Savoir définir le potentiel/tension électrique à partir d'une analogie hydraulique Savoir définir/illustrer la loi des mailles S7 : Lois de l'électrocinétique Connaître des ordres de grandeur de la tension électrique Distinguer les conventions récepteurs/géné. Savoir modéliser un conducteur ohmique, et connaître son comportement énergétique Connaître des ordres de grandeur de R Connaître la structure d'un condensateur (bobine), savoir modéliser un condensateur (bobine) idéal, et connaître son comportement énergétique Connaître des ordres de grandeur de C / L Savoir montrer qu'en régime permanent un condensateur (bobine) est équivalent à un interrupteur ouvert (fermé) Savoir modéliser un condensateur (bobine) réel A : acquis / B : en cours d'acquisition / C : insuffisant / D : non acquis / N : non évalué