A.1.2) Le braquet est exprimé sans unité car c est le rapport d un nombre de dents sur un nombre de dents.

Transcription

1 Bac sti2d Epreuve de physique-chimie correction Proposée par Laurent CRAMPON 1. Partie A A.1) Braquet et développement A.1.1) Un braquet 30/15 signifie qu il y a 30 dents sur le plateau (c est le «petit» plateau) et 15 dents sur le pignon (couronne de la roue libre). On a donc Br = 30/15 = 2 A.1.2) Le braquet est exprimé sans unité car c est le rapport d un nombre de dents sur un nombre de dents. A.2) Fréquence de pédalage A.2.1) D = Br x 2π x r = 2,53 x 2π x 0,315 = 5 m D = 5 m A.2.2) Le vélo parcourt D = 5 mètres en un tour de roue. Il roule à v = 22,5 km.h -1 = Or v = D x f p donc f p = 22,5x1000 m.min -1 = 375 m.min v 375 = 75 tour.min -1 Fréquence de pédalage : f p = 75 tour.min -1 D 5 A.2.3) 70 < f p < 80 tour.min -1 La fréquence de pédalage correspond bien à celle d un cyclotouriste. A.3) La force motrice D après A4, Maurice, à vitesse constante, est dans un mouvement rectiligne uniforme (pour un observauteur terrestre) : les forces qui s exerccent sur lui se compensent. Le poids P est compensé par la réaction R, il faut donc que le vecteur force motrice F m compense les frottements f en partenariat avec epicureweb.fr 1

2 F m Partie B Etude du Vélo à Assistance Electrique B.1) L accumulateur Li-Mn B.1.1) Le trajet journalier moyen est T m = distance totale / nombre de jours : T m = 2400 = 80 km. 30 L autonomie mini de la batterie est de 80 km, cela convient donc. Maurice devra ensuite attendre 7 heures maximum avant d utiliser son vélo, ce qui correspond à la nuit Le type de batterie est donc judicieux. B.1.2) 8,8 Ah correspond à la charge Q de la batterie. 422 Wh cortrespond à l énergie W que peut fournir la batterie: B.1.3) Q = I.t soit I = B.1.4) W = P. t soit t = Q 8,8 = 1,47 A I = 1,47 A t 6 W 422 = 3 h t = 3 heures P 140 B.1.5) Lors de la décharge, les ions Li + retournent à l électrode LiMnO 2 par l électrolyte et les électrons par le circuit électrique. Le courant va dans le sens inverse des électrons. L électrode C est donc l électrode négative qui libère des électrons : il y a oxydation. en partenariat avec epicureweb.fr 2

3 L électrode MnO 2 est l électrode positive qui capte des électrons : il y a réduction. C 6 Li 6 6 C + 6 Li e - Anode (électrode négative) Oxydation Cathode (électrode positive) Réduction Li + e - I B.1.6) La tension U est continue et vaut U = 48 V B.2) L assistance électrique B.2.1) D Moment de la force F : M = F x D en partenariat avec epicureweb.fr 3

4 B.2.2) P = C. donc C = P = P 100 = 2.5 rad.s -1 = C 40 B.2.3) Puissance développée par Maurice P = C = 30 x 3.5 = 105 W Energie fournie par Maurice W 1 = P x t = 105 x 15 x 60 = J Energie fournie par le moteur W 2 = 100 x 15 x 60 = j Travail du poids : W 3 = 0 J car la force est perpendiculaire au déplacement 2,5 x 60 tr.min -1 = 23,9 tr.min -1 2 mécanique 94,5 kj 0 chimique 90 kj mécanique en partenariat avec epicureweb.fr 4

5 B.2.4) a) Graphiquement, pour une puissance de 250 W, on trouve une pente de 5,2 % environ. b) Pour une montée à 6 %, la puissance que doit fournir le moteur est de 290 W (environ ). Or le moteur fournit au maximum 250 W. Il faut donc que Maurice frounisse une puissance P = 60 + ( ) = 100 W B.3) Les avantages chiffrés du VAE B.3.1) Masse de l ensemble : m T = m 1 + m 2 + m 3 = , = 97,5 kg. Poids correspondant : P T = m T x g = 97,5 x 9,8 = 955,5 N Travail du poids : W T = P T x h = 955,5 x 1120 = kj B.3.2) Energie qu aurait dû développer Maurice : E = W T + W P = = 1370 kj. d d 14,4 B.3.3) v = donc t = = 1,44 h = 1 h 26 min 24 s. t v 10 Partie C : Les équipements personnels de Maurice C.1) Le téléphone mobile 8 c 3,00.10 C.1.1) = 6 = 0,165 m f C.1.2) La longueur d onde correspond aux micro-ondes. Elles peuvent donc «chauffer» les tissus organiques qui se trouvent à proximité (oreille, cerveau ) en cas d utilisation prolongée. C.1.3) la fréquence f = 1820 Mhz est allouée à Orange C.1.4) 5,5 V correspond à la tension à vide (ou «fem», tension en sircuit ouvert). 120 ma correspond à l intensité de court-circuit. C.1.5) Générateur de tension en partenariat avec epicureweb.fr 5

6 C.1.6) C est dans le coude (zone 2) que le panneau fournit la puissance maximale P 1 = 60 x 5,5 = 330 mw P 2 = 110 x 5 = 550 mw = P max P 3 = 115 x 2 = 230 mw P 2 > P 1 > P 3 en partenariat avec epicureweb.fr 6

7 C.2) La combustion du butane C.2.1) Produit inflammable ; gaz ou liquide qous pression 13 C.2.2) C 4 H 10 + O2 4 CO H 2 O 2 C.2.3) Q = PCI x m = 45,75 x 0,190 = 8,69 MJ. On peut s attendre à une énergie utile inférieure parce que d une part tout le gaz ne va pas brûler (il en restera une petite quantité dans la bouteille) et d autre part à cause des pertes (pertes de chaleur dans l atmosphère ) Q 8690 C.2.4) Q = m.c. d où m = = 24,3 kg d eau c. 4,2x(100 15) Partie D : la santé et l hygiène D.1) E 1 = h. 1 avec 1 = c 1 8 c 3.10 donc 1 = E 1 = h. 1 = 6, x 8, = 5, J = 8, Hz Le rayonnement correspondant à 1 = 350 nm est l UV A 8 c 3.10 D.2) E 2 = h. 2 avec 2 = = Hz E 2 = h. 2 = 6, x = J D.3) Le rayonnement 2 a une énergie supérieure au rayonnement 1, il est à priori le plus nocif. D.4) Le rayonnement 2 est un rayonnement UV B. L annexe D2 ne modifie pas le jugement apporté : en effet, contrairement aux UV A, les UV B provoquent des «coups de soleil», ce qui est nuisible à la peau D.5) Les crèmes «bio» réflechissent les rayons, elles agissent comme un écran (ou un miroir), alors que les crèmes organiques absorbent les UV, ce qui fait qu il y en a moins qui arrivent à la peau. Les crèmes organiques sont difficiles à éliminer dans les stations d épuration : le choix de Maurice pour la préservation de l environnement est donc fondé. Remarque : attention cependant, les nanoparticules utilisée dans les crèmes «bio» pourraient avoir un effet sur l organisme en partenariat avec epicureweb.fr 7