PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 9 du 28 Novembre au 02 Décembre 2016

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1 PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 9 du 28 Novembre au 02 Décembre 2016 I. Intensité du courant électrique Cours S6 : Ouverture au monde quantique (EXERCICES) Cours S7 : Lois de l'électrocinétique (COURS + EXERCICES) Propriétés de la charge électrique : additive, conservative et quantifiée. Porteurs de charges (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 dt hydraulique. Mesure du courant électrique et ordres de grandeur. n Loi des Nœuds : on établit la 1 ère loi de Kirchhoff εk i k =0 k=1 II. Tension électrique Analogie hydraulique : 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. 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. IV. 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.

2 V. Dipôles linéaires passifs La résistance modélisation : en convention récepteur, une résistance 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 la résistance vaut : p (t)= Ri R 2 (t )= u R 2 (t) R >0 La résistance se comportera toujours comme un récepteur. Cas limites : lorsque R 0 et lorsque R + Le Condensateur Modèle du condensateur parfait : la résistance du diélectrique est infinie, par conséquent aucune charge ne le traverse. La charge q(t) est alors proportionnelle à la tension entre les armatures : q(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) dt 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 dt (1 2 C u 2 (t)) C Le condensateur peut alors se comporter comme un générateur (décharge) ou un récepteur (charge). 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 ) dt 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 dt (1 2 L i 2 (t )) L

3 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. VI. Association de résistances Lois d'association série et parallèle : on établit les lois d'association des résistances. Diviseurs de tension et de courant : on établit les lois relatives à de telles structures. VII. Modélisation d'un dipôle linéaire ACTIF Sources idéales de tension et de courant : on trace les caractéristique tension-courant et on fait apparaître la force électro motrice E et le courant électro moteur η Sources réelles de tension : on modélise une source REELLE de tension par l'association en série : - d'une source idéale de tension de fem E - d'une résistance interne R 0 Il s'agit du modèle de Thévenin. VIII. Point de fonctionnement d'un circuit Caractéristique courant-tension d'un dipôle : on met en évidence le point de fonctionnement d'un dipôle, la limitation en puissance (hyperboles de protection). Par ailleurs, le choix de la conventions permet de connaître graphiquement le comportement récepteur ou générateur du dipôle. Classification des dipôles : le caractère linéaire (non-linéaire), passif (actif), symétrique (polarisé) peut se déterminer grâce à l'étude de la caractéristique courant-tension. Point de fonctionnement d'un CIRCUIT : résolution graphique.

4 Capacités exigibles Cours S6 : Introduction au monde quantique Savoir décrire des phénomène inexplicables par la physique classique : catastrophe ultraviolette et effet photoélectrique et présenter les hypothèses révolutionnaires de Planck (1900) et Einstein (1905). Savoir proposer une interprétation simple de l'effet photoélectrique en utilisant l'hypothèse d'einstein. Savoir décrire l expérience de la lame semi-réfléchissante qui a mis en évidence le photon dans sa propagation libre. Savoir interpréter l effet Compton en utilisant les propriétés du photon. Savoir énoncer l hypothèse fondamentale de Louis de Broglie. Savoir décrire un exemple d expérience illustrant la notion d ondes de matière : expérience de Davisson et Germer, expériences d'interférences atomiques ou moléculaires. Savoir interpréter une expérience d interférences «particule par particule» en termes probabilistes. Savoir définir une indétermination quantique et la relier à la dispersion des résultats obtenus. Savoir retrouver la relation Δ x.δ p x h en étudiant la diffraction d'un quanton par une fente. Connaître l'inégalité spatiale de Heisenberg. Savoir retrouver l'énergie cinétique minimale d'un quanton confiné. Savoir retrouver l'énergie mécanique minimale d'un oscillateur harmonique quantique. Savoir retrouver la quantification de l'énergie d'un quanton confiné dans un puits infini à 1D. Cours S7 : Lois de l'électrocinétique Savoir que la charge électrique est quantifiée. Exprimer l intensité du courant électrique en termes de débit de charge. Exprimer la condition d application de l ARQS en fonction de la taille du circuit et de la fréquence. Relier la loi des nœuds au postulat de la conservation de la charge. Utiliser la loi des mailles et des nœuds. Algébriser les grandeurs électriques et utiliser les conventions récepteur et générateur. Citer les ordres de grandeur des intensités et des tensions dans différents domaines d application. Utiliser les relations entre l intensité et la tension pour une résistance, bobine et condensateur. Citer les ordres de grandeurs des composants R, L, C. Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance. Modéliser une source non idéale en utilisant la représentation de Thévenin. Remplacer une association série ou parallèle de deux résistances par une résistance équivalente. Établir et exploiter les relations de diviseurs de tension ou de courant. Exploiter la caractéristique courant-tension d'un dipôle pour le caractériser et déterminer un point de fonctionnement possible. Exploiter des caractéristiques courant-tension pour déterminer le point de fonctionnement d'un circuit.

5 FICHE D'ÉVALUATION KHÔLLE PCSI Semaine 9 NOM : PRÉNOM : NOTE : 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 Compétences disciplinaires A B C D Commentaires S6 : Ouverture au monde quantique Mobiliser ses connaissances pour traiter un problème de physique quantique S7 : Lois de l'électrocinétique Maîtriser les notions élémentaires en électrocinétique : conventions, ARQS, Loi des mailles, Loi des nœuds... Présentation complète des dipôles résistance, bobine et condensateur : modélisation, loi constitutive, aspects énergétiques... Effectuer des associations de résistances Etablir et utiliser les relations de diviseurs de tension ou de courant Modéliser une source idéale de tension ou de courant Modéliser une source réelle de tension en utilisant la représentation de Thévenin Exploiter la caractéristique courant-tension d'un dipôle pour le caractériser et déterminer un point de fonctionnement possible Exploiter des caractéristiques courant-tension pour déterminer le point de fonctionnement d'un circuit A : acquis / B : en cours d'acquisition / C : insuffisant / D : non acquis / N : non évalué

6 FICHE D'ÉVALUATION KHÔLLE PCSI Semaine 9 NOM : PRÉNOM : NOTE : 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 Compétences disciplinaires A B C D Commentaires S6 : Ouverture au monde quantique Mobiliser ses connaissances pour traiter un problème de physique quantique S7 : Lois de l'électrocinétique Maîtriser les notions élémentaires en électrocinétique : conventions, ARQS, Loi des mailles, Loi des nœuds... Présentation complète des dipôles résistance, bobine et condensateur : modélisation, loi constitutive, aspects énergétiques... Effectuer des associations de résistances Etablir et utiliser les relations de diviseurs de tension ou de courant Modéliser une source idéale de tension ou de courant Modéliser une source réelle de tension en utilisant la représentation de Thévenin Exploiter la caractéristique courant-tension d'un dipôle pour le caractériser et déterminer un point de fonctionnement possible Exploiter des caractéristiques courant-tension pour déterminer le point de fonctionnement d'un circuit A : acquis / B : en cours d'acquisition / C : insuffisant / D : non acquis / N : non évalué

7 FICHE D'ÉVALUATION KHÔLLE PCSI Semaine 9 NOM : PRÉNOM : NOTE : 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 Compétences disciplinaires A B C D Commentaires S6 : Ouverture au monde quantique Mobiliser ses connaissances pour traiter un problème de physique quantique S7 : Lois de l'électrocinétique Maîtriser les notions élémentaires en électrocinétique : conventions, ARQS, Loi des mailles, Loi des nœuds... Présentation complète des dipôles résistance, bobine et condensateur : modélisation, loi constitutive, aspects énergétiques... Effectuer des associations de résistances Etablir et utiliser les relations de diviseurs de tension ou de courant Modéliser une source idéale de tension ou de courant Modéliser une source réelle de tension en utilisant la représentation de Thévenin Exploiter la caractéristique courant-tension d'un dipôle pour le caractériser et déterminer un point de fonctionnement possible Exploiter des caractéristiques courant-tension pour déterminer le point de fonctionnement d'un circuit A : acquis / B : en cours d'acquisition / C : insuffisant / D : non acquis / N : non évalué