L indispensable pour le brevet. Thème 1 : Organisation et transformation de la matière

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1 L indispensable pour le brevet Thème 1 : Organisation et transformation de la matière Constitution de la matière Toute la matière de l Univers est constituée de molécules neutres, elles-mêmes constituées d atomes. Une molécule est un ensemble d atomes, sa formule chimique nous renseigne sur le nombre et la nature des atomes qui la compose. Ex : la formule H 2 O nous indique que la molécule d eau contient 2 atomes d hydrogène (H) et un atome d oxygène (O). L atome est électriquement neutre, en effet il contient autant de protons (particules chargées positivement) que d électrons (particules chargées négativement). Le numéro atomique Z est le nombre de protons présents dans le noyau d un atome. Le nombre de masse A est le nombre de nucléons présents dans le noyau. On peut donc déduire le nombre de neutrons N par le calcul A - Z. On symbolise le noyau d un atome par où X est le symbole de l atome. Un corps pur est constitué d une seule sorte de molécules ou d espèces chimiques. Au contraire, un mélange contient au moins 2 espèces chimiques. Les états de la matière et les changements d état 3 états physiques de la matière : solide, liquide ou gazeux. Un changement d état est une transformation physique car les constituants de la matière restent les mêmes mais s organisent différemment.

2 La masse volumique d un corps est la masse d un corps par unité de volume : ρ = où ρ est en g / cm 3 si m est en g et V en cm 3 ρ est en kg / L si m est en kg et V en L ρ est en kg / m 3 si m est en kg et V en m 3 La masse d un litre d eau pure étant égale à 1 kg, la masse volumique de l eau pure est 1 kg/l. La masse volumique permet de caractériser un corps pur. Transformations chimiques Une transformation chimique est une transformation au cours de laquelle les espèces chimiques qui constituent la matière sont modifiées. Les réactifs disparaissent pour former des produits. Une équation de réaction permet de décrire une réaction chimique par des formules : Un ion est une espèce chimique électriquement chargée, formée à partir d un atome (ou groupe d atomes) qui a perdu ou gagné des électrons. Un cation est un ion positif, un anion est un ion négatif. Les ions peuvent être détectés grâce à des tests avec des réactifs caractéristiques.

3 Propriétés acido-basiques Le ph est une grandeur physique sans unité qui indique l acidité ou la basicité d une solution : Une réaction acido-basique est une réaction chimique entre un acide et une base, il en résulte la formation d une molécule d eau selon l équation : H + + HO - H 2 O Une réaction acide-métal est une réaction chimique entre un acide et un métal (zinc, fer, aluminium), il en résulte la formation de dihydrogène et d ions métalliques. Exemple : Fe + 2 H + H 2 + Fe 2+ Thème 2 : Mouvements et interactions Caractériser un mouvement Un mouvement est caractérisé grâce à sa trajectoire et sa vitesse. La vitesse v (en m/s) est telle que v = où d est la distance en m et t le temps en s. La trajectoire d un objet est l ensemble des positions successives occupées par un point de cet objet. Un mouvement en ligne droite à vitesse constante est dit rectiligne uniforme. Un mouvement dont la trajectoire est un cercle est circulaire. Un référentiel est objet par rapport auquel on observe le mouvement d un autre objet.

4 Modéliser une interaction par une force Deux objets sont en interaction si ces deux objets exercent une action l'un sur l'autre. On distingue : - Les interactions de contacts représentées par sur un diagramme objetinteractions (ex : une raquette frappant une balle) - Les interactions à distance représentées par sur un diagramme objetinteractions (ex : un aimant attirant l acier) Une force est une modélisation d une action, elle a un point d application (centre de l objet pour une interaction à distance, centre de la surface de contact pour une interaction de contact), un sens, une direction et une intensité en newtons (N). Distinguer poids et masse Tous les objets sur une planète subissent une force de pesanteur attractive de la part de cette planète, le poids P. C est une force verticale, orientée vers le centre de la planète dont la valeur vérifie la relation : P = m x g N N/kg kg g = 9,81 N/kg sur Terre La masse est la quantité de matière qui constitue un corps, elle est constante. Le poids, modélisation de la force de pesanteur attractive, varie en fonction de la planète car g change suivant les planètes. Thème 3 : L énergie et ses conversions L énergie est la capacité d un système à faire un travail : réaliser un mouvement, produire de la lumière, de la chaleur, de l électricité, etc Les formes d énergie L énergie cinétique : énergie des objets en mouvements. Elle dépend de la vitesse (en m/s) d un objet et de sa masse (en kg). J Ec = m v 2 kg m/s N/kg

5 L énergie potentielle : elle dépend de la position de l objet. L énergie thermique : elle est due à l agitation des molécules et des atomes d un objet. C est la manifestation de l énergie sous forme de chaleur. L énergie électrique : elle est liée aux phénomènes électriques. L énergie chimique : c est l énergie qui lie les atomes dans les molécules. Elle est libérée lors des transformations chimiques (comme la combustion). L énergie lumineuse : énergie transportée par la lumière. La relation liant l énergie E, la puissance P et la durée t est : E = P t E J W s N/kg P t L énergie E se mesure en joules (J), mais aussi en wattheures (Wh) si P est en watts (W) et t en heures (h). Sources, transferts et conversions d énergie Sources d énergie : pétrole, gaz naturel et charbon sont les trois sources d énergie fossile dont les réserves sont limitées, comme les combustibles nucléaires. Le vent, le soleil, l eau des marées et des cours d eau constituent les sources d énergies renouvelables (car inépuisables) tout comme le bois (qui peut être renouvelé à l échelle d une vie humaine). Diagramme d énergie : il représente la source, le convertisseur et les différentes formes d énergies converties par un objet ou système. Exemple : Conservation de l énergie : l énergie ne peut ni être créée ni disparaître. Les circuits électriques Circuit fermé : un générateur et un récepteur reliés par des fils conducteurs constituant une boucle fermée. Le sens conventionnel du courant est de la borne positive à la borne négative du générateur.

6 Les dipôles sont associés en série quand ils sont placés les uns à la suite des autres dans la même boucle. Les dipôles sont en dérivation lorsqu ils sont placés dans des boucles différentes. Les circuits électriques sont représentés par des schémas normalisés (faits au crayon et à la règle!!) où chaque dipôle est représenté par un symbole. Les fils de connexion sont des traits horizontaux ou verticaux. Les lois de l électricité

7 La puissance électrique correspond à l énergie électrique reçue ou donnée pendant une seconde. Sa valeur vérifie la relation : P = U I W V A Loi d ohm : La tension U (V) aux bornes d une résistance (Ω) est proportionnelle à l intensité du courant électrique I (A) qui la traverse. U = R I U V Ω A R I Thème 4 : Les signaux pour observer et communiquer Reconnaître un signal lumineux La lumière se déplace dans le vide à la vitesse de km/s. Elle peut être visible ou invisible. Elle se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent. L année-lumière est une unité de distance qui correspond à la distance parcourue par la lumière en 1 an. Calcul d une année lumière (al) en km : 1 al = = 9, km Reconnaître un signal sonore Un son est une vibration de couches d air qui se propage de la source vers le récepteur. La fréquence (en Hz) d un son correspond au nombre de vibrations en une seconde. Un son est audible par l oreille humaine si sa fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 khz. La vitesse de propagation d un son dans l air est environ 340 m/s.

8 SYSTEME INTERNATIONAL D UNITES Grandeurs Unités Instrument de mesure Longueur, distance Mètre (m) Règle Temps, durée Seconde (s) Chronomètre vitesse Mètre par seconde (m/s) masse Kilogramme (kg) Balance volume Mètre cube (m 3 ) Eprouvette graduée Force, poids Newton (N) Dynamomètre énergie Joule (J) Puissance Watt (W) Tension électrique Volt (V) Voltmètre branché en dérivation Intensité électrique Ampère (A) Ampéremètre branché en série Résistance électrique Ohm (Ω) Ohmmètre branché directement aux brones du dipôle hors de tout circuit Fréquence Hertz (Hz)

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