Physique/Chimie Cahier de textes PSI 2015/2016

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1 Physique/Chimie Cahier de textes PSI 2015/2016 Ma 01/09 Pour le : Ve 11/09 DM Me 02/09 Ve 04/09 TP Accueil des étudiants. Présentation de la filière et de l'année. ÉLECTRONIQUE DES SYSTÈMES LINÉAIRES A - Systèmes linéaires I. Signaux et systèmes II. Fonction de transfert Signaux sinusoïdaux. Signaux quelconques. III. Stabilité. IV. Exemple : réponse indicielle d un passe-bas Réponse indicielle. Équation différentielle et fonction de transfert. DM n 1 : THERMODYNAMIQUE D UN MOTEUR À ESSENCE 4 TEMPS (Centrale TSI 2004) I. Temps moteur et temps résistant II. Rendement thermodynamique d un cylindre unique III. Quelques ordres de grandeur pour un moteur à 4 cylindres IV. Cycle réel B Filtres linéaires électrocinétiques I. Fonction de transfert d un quadripôle. Quadripôle. Filtres actifs et passifs. Fonction de transfert. Diagramme de Bode. II. Filtres du 1 ier ordre. Filtre RC passe-bas. Filtre RC passe-haut. III. Filtres RLC du 2 e ordre. Filtre passe-bas. Filtre passe-bande. C Filtrage d un signal périodique I. Décomposition d un signal périodique. Série de Fourier. Spectre de fréquence. II. Effets d un filtre linéaire sur un signal périodique. Principe de superposition. Comportement intégrateur. Comportement dérivateur. Exemple : filtre passe-bande du 2 e ordre. TP n 1 : INCERTITUDES EXPÉRIMENTALES. I. Erreur et incertitude Erreurs aléatoires et systématiques. Fidélité et justesse. Incertitude. Écriture des résultats de mesure. II. Évaluation des incertitudes Type B. Type A. Propagation des incertitudes.

2 Lu 07/09 TD Ma 08/09 TD III. Ajustement de données expérimentales. Paramètres et incertitudes. Accord de données avec une loi. Annexe : Éléments de statistique. Distribution de probabilité. Valeur moyenne et écart-type. Exemples de distribution de probabilité. Présentation générale des. Conseils de préparation. TD n 1 : ÉLECTRONIQUE DES SYSTÈMES LINÉAIRES Exercice 1 : Vrai ou faux Exercice 2 : Stabilité d un système d ordre 1 Exercice 7 : Filtre de Wien Exercice 8 : Test de linéarité RÉTROACTION D UN AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ I. Présentation. Description. Fonctionnements linéaire et saturé. Résistances d entrée et de sortie. Saturations en tension et courant. Vitesse de balayage. Fonction de transfert. II. Rétroaction négative : l amplificateur non-inverseur. Systèmes bouclés. Schéma fonctionnel. Produit gain-bande passante. Aspect temporel. III. Rétroaction positive : comparateur à hystérésis. Schéma fonctionnel. Saturation. IV. ALI idéal en régime linéaire. Modèle d ALI idéal. Réalisation de fonctions linéaires (suiveur, amplificateur noninverseur, amplificateur inverseur, intégrateur). Mise en cascade. Me 09/09 V. ALI idéal en régime saturé. Comparateur simple. Comparateur à hystérésis non-inverseur. Ve 11/09 TP Sa 12/09 DS Lu 14/09 TD Ma 15/09 TD INTERROGATION n 1 : ÉLECTRONIQUE OSCILLATEURS I. Oscillateurs quasi-sinusoïdaux. Introduction. Principe d un oscillateur à réaction. Oscillateur à pont de Wien. Fin du TP n 1 : INCERTITUDES EXPÉRIMENTALES Présentation générale des. Conseils de préparation. Exemple de partie D : Impression 3D : élaboration de surfaces et volumes complexes. Exemple de partie C : Prévision de la trajectoire d une bombe d artifice DS n 1 : ÉLECTRONIQUE. MACHINES THERMIQUES. I. Effet Ferranti (CCP PSI 2013) II. Utilisation d une bobine (ENSTIM 2009) III. Paramètres d un filtre du 2 e ordre IV. Filtre de Rauch V. Machines thermiques (ICNA 2015) TD n 2 : RÉTROACTION D UN AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ Exercice 1 : Amplificateur inverseur. Exercice 2 : Pseudo-intégrateur. Exercice 4 : Dérivateur.

3 Me 16/09 TD Ve 18/09 TP II. Oscillateurs à relaxation. Schéma fonctionnel. Système astable. Lu 21/09 TD Ma 22/09 MODULATION. DEMODULATION. I. Transmission d'un signal. Télécommunication. Types de modulation. II. Multiplication de signaux. Multiplieur. Aspect spectral. III. Modulation d'amplitude. Porteuse et modulante. Contenu spectral. IV. Démodulation d'amplitude. Démodulation synchrone. Filtrage TD n 3 : OSCILLATEURS Exercice 1 : Oscillateur à résistance négative. Exercice 3 : Système astable à comparateur inverseur à hystérésis. Exercice 5 : Oscillateur à porte logique. TP n 2 : FILTRES DU 1 ier ORDRE I. Filtre RC passe-bas Étude théorique. Réalisation pratique (diagramme de Bode, comportements limites). II. Filtre RC passe-haut Étude théorique. Réalisation pratique (diagramme de Bode, comportements limites). III. Réponses indicielles Annexe A. Acquisition avec Regressi Annexe B. Incertitudes Résistances. Capacités. Fréquences. Sujet de partie D : Planète Terre en mouvements. TD n 4 : MODULATION. DEMODULATION. Exercice 1 : Démodulation synchrone. Exercice 3 : Démodulation par détecteur de crête. CONVERSION ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE. I. Principes de la conversion. Ordres de grandeur. Conversion de puissance. Classification des convertisseurs. II. Interrupteurs électroniques. Définitions. Diode. Transistor. III. Sources de tension et de courant. Sources parfaites. Règles d'association. Lissage de la tension par un condensateur. Lissage du courant par une bobine. IV. Hacheurs. Hacheur série. Hacheur parallèle. Me 23/09 V. Application : commande d'une machine à courant continu. Modèle de la machine à courant continu. Phase de traction. AD AD n 1 : TRANSMISSIONS HERTZIENNES ET MODULATION But de l approche documentaire : Expliquer l intérêt et la nécessité de la modulation pour les transmissions hertziennes.

4 Ve 25/09 TP Lu 28/09 TD Fin du TP n 2 : FILTRES DU 1 ier ORDRE Sujet de partie D : Freinage ferroviaire. TD n 5 : CONVERSION ÉLECTRONIQUE PUISSANCE. Exercice 2 : Alimentation d un moteur Exercice 5 : Alimentation à découpage Ma 29/09 VI. Redresseur. Présentation. Redressement double alternance. Nature des interrupteurs. Rendement en puissance. VII. Onduleur. Présentation. Structure à 4 interrupteurs. Nature des interrupteurs. ANALYSE VECTORIELLE I. Introduction. Systèmes de coordonnées. Champs scalaire et vectoriel. Circulation et flux. II. Gradient. Me 30/09 III. Divergence. IV. Rotationnel. V. Relations particulières. Th. de Stokes. Champ à circulation conservative. Th. de Green-Ostrogradski. Champ à flux conservatif. VI. Laplacien. VII. Propriétés des opérateurs. TD Ve 02/10 TP Pour le : Lu 12/10 DM Sa 03/10 DS TD n 6 : ANALYSE VECTORIELLE. INTERROGATION n 2 : ÉLECTRONIQUE ÉLECTROSTATIQUE I. Charge électrique. Notion de charge. Distributions de charge. Symétries. Invariances. TP n 3 : OSCILLATEURS QUASI-SINUSOÏDAUX I. Système bouclé. II. Oscillateur à pont de Wien. III. Oscillateur à résistance négative. IV. Oscillateur de Colpitts : Centrale (PSI) Sujet de partie D : La datation par le radiocarbone. DM n 2 : HACHEUR REVERSIBLE EN TENSION (École de l Air PSI 2000) I. Régime de conduction continue II. Régime de conduction discontinue DS n 2 : ÉLECTRONIQUE

5 I. Étude d un oscillateur quasi-sinusoïdal (Centrale PSI 2007) II. Trigger de Schmidt (CCP PSI 2012) III. Conditionnement d un capteur (E3A PSI 2013) IV. Modulation/démodulation d amplitude (CCP PSI 2005) Lu 05/10 Loi de Coulomb. II. Champ et potentiel électrostatiques. Champ électrostatique. Equation de Maxwell-Faraday. Charge ponctuelle. Symétries. Invariances. III. Topographie du champ et du potentiel. Lignes et tubes de champ. \'Equipotentielles. IV. Théorème de Gauss. Equation de Maxwell-Gauss. Equation de Poisson. Théorème de Gauss. Ma 06/10 Sphère uniformément chargée. Plan infini uniformément chargé. Analogie gravitationnelle. Théorème de superposition. V. Energie potentielle d'une charge ponctuelle dans un champ extérieur. Expression. Bilan énergétique. CONDUCTEURS ÉLECTRIQUES I. Conservation de la charge. Densité volumique de courant. Intensité du courant. Me 07/10 Loi de conservation. Régime stationnaire. II. Conducteur ohmique. Loi d'ohm locale. Densité volumique de charges. Résistance. Puissance électrique. Ve 09/10 TP Lu 12/10 TD Ma 13/10 TD Ve 16/10 TP INTERROGATION n 3 : ÉLECTRONIQUE Fin du TP n 3 : OSCILLATEURS QUASI-SINUSOÏDAUX Sujet de partie D : Propriétés mécaniques en traction de fils textiles. TD n 7 : ÉLECTROSTATIQUE. Exercice 1 : Équipotentielles et lignes de champ. Exercice 2 : Cylindre chargé en surface ou en volume. Exercice 6 : Faisceau d électrons. Effet Joule. III. Condensateur plan. Conducteur en équilibre électrostatique. Phénomène d'influence. Condensateur plan. Capacité. Aspect énergétique. MAGNÉTOSTATIQUE. I. Généralités. Champ magnétique. Moment magnétique. Symétries. Invariances. II. Flux magnétique. Équation de Maxwell-Thomson. TP n 4 : OSCILLATEURS À RELAXATION I. Comparateurs à hystérésis. Comparateur à hystérésis non-inverseur. Comparateur à hystérésis inverseur.

6 Pour le : Lu 02/11 Sa 10/10 Di 01/11 DM Lu 02/11 TD Ma 03/11 TD II. Multivibrateur astable. III. Principe du générateur de fonctions. Modification du rapport cyclique. IV. Oscillateur à porte logique. Porte NON. Sujet de partie D : Prévision énergétique des centrales photovoltaïques. DM n 3 : ÉLECTROSTATIQUE. RÉSOLUTION DE PROBLÈME. I. Équilibre électrostatique d une ligne bifilaire (E3A PSI 2006) II. Résolution de problème. VACANCES DE TOUSSAINT TD n 8 : CONDUCTEURS ÉLECTRIQUES. Exercice 2 : Modèle de Drüde et effet Hall. Exercice 3 : Condensateur cylindrique. Topographie du champ magnétique. III. Théorème d'ampère. Équation de Maxwell-Ampère. Théorème d'ampère. Fil rectiligne infini. Fil infini cylindrique épais. Me 04/11 Solénoïde infini. IV. Forces de Laplace. Distribution volumique. Modèle filiforme. Ve 06/11 TP Sa 07/11 DS ÉLECTROMAGNÉTISME. ARQS. I. Équations de Maxwell. Forme locale. Forme intégrale. ARQS magnétique. Conséquences. II. Induction électromagnétique. F.é.m. induite. Fin du TP n 4 : OSCILLATEURS À RELAXATION Sujet de partie D : Usure des pneumatiques et état de surface des routes. DS n 3 : PHYSIQUE I. Commande d un moteur à courant continu par un hacheur (CCP PSI 2004) II. Raccordement d une éolienne au réseau électrique (Mines-Ponts PSI 2013) III. La foudre (CCP PSI 2015) IV. Caractéristiques électriques du cuivre (E3A PSI 2009) Lu 09/11 Inductance propre. Inductance mutuelle. Aspect énergétique. Courants de Foucault. III. Energie électromagnétique. Puissance volumique. Densité volumique d'énergie. Vecteur de Poynting. Bilan de Poynting. INTERROGATION n 4 : ÉLECTROMAGNÉTISME

7 Pour le : Me 18/11 AD AD n 2 : CONDUCTION DANS LES SEMI-CONDUCTEURS. But de l approche documentaire : Décrire la conductivité des semi-conducteurs, les types de porteurs, l'influence du dopage. Ma 10/11 Cas d'un conducteur ohmique. Ve 13/11 TP THERMOCHIMIE DU 1 ier PRINCIPE I. État standard. Pression standard. Gaz. Phases condensées. État standard de référence d un élément. II. Grandeurs molaires. Corps pur. Mélanges. Grandeurs molaires standard. III. Grandeurs de réaction. Avancement d une réaction chimique. Grandeurs de réaction. Grandeur standard de réaction. IV. Tables de grandeurs thermodynamiques. Enthalpie standard de formation. TP n 5 : MODULATION/DÉMODULATION D AMPLITUDE I. Présentation du composant. II. Multiplication de signaux. Signal sinusoïdal et tension continue. Deux signaux sinusoïdaux identiques. Signaux sinusoïdaux de fréquences différentes. III. Modulation d'amplitude. Intérêt. Principe. Application. IV. Détection synchrone. Principe. Application. Modulation/démodulation d'une chanson. Sujet de partie D : Le couplage entre la friction et les vibrations.

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