Programme de khôlles

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1 Programme de khôlles Semaines 7 et 8 (du 3 au 16 novembre 2014) Les lentilles minces 1. Savoir qu une lentille épaisse est un système centré, formé de deux dioptres sphériques qui délimitent un milieu d indice n > 1. Ces dioptres sont caractérisés par leurs centres et leurs sommets C, S avec R = SC le rayon algébrique. Les deux sommets sont distants de e. 2. Savoir reconnaître les lentilles convergentes et les lentilles divergentes. 3. Connaître les conditions à vérifier pour avoir une lentille mince : e = S! S! R! e R! 4. Connaître la modélisation d une lentille mince convergente et celle d une lentille divergente. Lentille convergente Lentille divergente 5. Savoir qu on note f = OF la distance focale objet et f = OF la distance focale image : ce sont des distances algébriques exprimées en m. On désigne par «focale» d une lentille mince la quantité f!. Savoir que pour une lentille convergente f > 0 et pour une lentille divergente f < Connaître la définition de la vergence V. Par définition : V = 1 f! (s exprime en dioptrie δ) Savoir que pour une lentille convergente V > 0 et pour une lentille divergente V < Savoir définir et connaître les propriétés des éléments particuliers pour les lentilles minces : le centre optique O : tout rayon qui passe par O n est pas dévié. le foyer objet F (ou foyer principal objet) : tout rayon qui passe par F ressort de la lentille parallèlement à l axe optique. le foyer image F (ou foyer principal image) : tout rayon qui arrive parallèlement à l axe optique ressort en passant par F. le plan focal objet : tous les rayons qui passent par un point du plan focal objet (ou foyer objet secondaire) ressortiront parallèles entre eux, et inclinés par rapport à l axe optique. le plan focal image : tout pinceau parallèle et incliné par rapport à l axe optique va converger en un point dans le plan focal image ; ce point est appelé foyer image secondaire. 8. Savoir faire parfaitement la construction d un rayon lumineux à travers une lentille mince. 1 / 6

2 9. Connaître et savoir retrouver les relations de conjugaison de Descartes (origine au centre optique) : 1 p! 1 p = 1 f! = V avec p = OA ; p! = OA de Newton (origine aux foyers) : F! A!. FA = f!! 10. Connaître la définition du grandissement transversal G! (ou γ) : γ = G! = A! B AB Connaître les déclinaisons de cette relation : Origine au centre Origine aux foyers γ = G! = f! FA γ = G! = OA! OA ; γ = G! = F A f! 11. Savoir parfaitement ce tableau et savoir utiliser les relations : ATTENTION aux grandeurs algébriques!!! Formules de conjugaison de Newton (origine aux foyers) Formules de conjugaison de Descartes (origine au centre) Formule de position F! A!. FA = f!! 1 OA! 1 OA = 1 f! = V Formule de grandissement γ = f! FA = F A f! OA! γ = OA 12. Savoir que dans le cas d un objet ou d une image à l infini le grandissement transversal n a pas de sens. Dans ce cas, c est la relation entre le diamètre angulaire de l objet (ou de l image) à l infini et la taille A! B de l image (ou la taille AB de l objet) qui présente un intérêt. L œil 1. Connaître la description de l œil : l œil (organe sphérique d environ 24mm de diamètre et pesant 7g) est constitué de plusieurs éléments : La pupille : mesurant de 2 à 8mm de diamètre, elle joue le rôle de diaphragme en limitant la quantité de lumière pénétrant dans l œil en fonction de l environnement. Le cristallin : assimilé à une lentille convergente biconvexe, elle permet de créer une image nette sur la rétine. Lorsqu on passe d une vision de loin à une vision de près, le cristallin modifie sa distance focale : on dit qu il y a accommodation. 2 / 6

3 La rétine : joue le rôle d écran ; elle est constituée de cellules, les cônes et les bâtonnets. L ensemble, code l image sous forme d influx nerveux et le transmet au cerveau qui traite l information : l image est retournée, la distorsion est corrigée, on obtient une impression de relief grâce aux informations arrivant des deux yeux. 2. Savoir définir quelques caractéristiques de l œil : Champ de l œil Limite de résolution angulaire (pouvoir de résolution) Champ et profondeur d accommodation Savoir définir le punctum remotum PR et le punctum proximum PP. 3. Savoir qu on modélise l œil par l association d une lentille mince convergente de distance focale accordable (pour l accommodation) et d un écran de projection qui modélisera la rétine : c est le modèle de l œil réduit. 4. Connaître les principaux défauts de l œil (la myopie, la presbytie, l hypermétropie, l astigmatisme) et savoir comment les corriger. 5. Connaître l intérêt du système optique «loupe». 6. Savoir que le grossissement G d un instrument optique est défini par : G = θ! θ où θ! est le diamètre angulaire sous lequel est vu l image de l objet à travers l instrument et θ le diamètre angulaire sous lequel il est vu à l œil nu. 7. Savoir que le grossissement commercial est défini pour une image vue au PR à travers l instrument et un objet vu au PP à l œil nu pour l œil normal (d! = 25cm). 8. Savoir que de nombreux instruments d optique sont équipés d un oculaire dont le rôle est identique à celui de la loupe. On distingue comme éléments fondamentaux : une «lentille de champ» à l entrée une «lentille d œil» à la sortie un micromètre (réglette graduée) ou/et un réticule placé au foyer objet de l oculaire : de cette façon l image de l objet et le réticule sont vus nettes en même temps. Par rapport à la loupe, les avantages de l oculaire sont : distorsion plus faible de l image aberrations atténuées champ d observation plus étendu ouverture angulaire du faisceau plus importante Architecture moléculaire 1. Savoir que le passage de l état atomique à l état moléculaire, résulte de la loi générale d évolution des systèmes : «Tout système évolue spontanément vers l état qui minimise son énergie globale». 2. Connaître et savoir expliquer le diagramme d énergie représentant l interaction entre deux atomes lors de la formation de la liaison covalente. Faire apparaître sur ce graphique la longueur de la liaison. 3. Savoir définir la liaison covalente : une liaison covalente résulte de la mise en commun de deux électrons de valence ; on forme un doublet. Savoir qu il existe deux possibilités : soit les atomes qui se lient fournissent chacun un électron de valence (électron célibataire de la couche de valence) : on parle de liaison covalente pure. A + B A B 3 / 6

4 soit l un des atomes fournit un doublet tandis que l autre atome l accepte dans une case vide de sa couche externe : on parle de liaison covalente de coordination. A + B A + B 4. Savoir énoncer la règle de stabilité lors de la formation de la liaison : Chaque atome tend vers la configuration électronique la plus stable, c est à dire celle du gaz noble qui le suit : l He pour l H (2 électrons de valence), le Ne, Ar pour les autres éléments (8 électrons de valence). 5. Savoir établir la représentation de Lewis de plusieurs molécules simples. 6. Savoir que le modèle de Lewis est limité. On doit avoir recours dans certains cas à des états hybridés : il s agit d un état de valence différent de l état fondamental. Cette configuration particulière n a pas de réalité physique, mais permet d expliquer ce qui se passe expérimentalement. Le concept d hybridation dit que des orbitales s, p ou d peuvent se mélanger lorsqu elles sont proches en énergie. Savoir traiter les exemples du méthane, du chlorure d aluminium, du pentachlorure de phosphore 7. Savoir définir l électronégativité. 8. Savoir définir une liaison polarisée : dans le cas d une liaison hétéronucléaire, l élément le plus électronégatif va attirer plus fortement les électrons de la liaison. Dans ce cas, les barycentres des charges positives et négatives ne coïncident plus et on dit dans ce cas que la liaison est polarisée. On généralise cela aux molécules. On note δ! et δ! les charges dites «charges partielles» qui apparaissent sur les atomes. Remarques : Les charges partielles varient entre 0 et 1 : o si δ = 0, la liaison est non polarisée : on parle de liaison covalente pure o o si 0 < δ < 1, la liaison est polarisée : on parle de liaison partiellement covalente si δ = 1, le doublet est arraché complétement par l élément le plus électronégatif : on parle de liaison ionique car les deux espèces deviennent des ions. Cela se produit si la différence d électronégativité entre les deux atomes est supérieure à 1,6. La somme des charges partielles doit être égale à la charge globale de l entité moléculaire. 9. Savoir que l état de polarisation d une liaison est caractérisé par la valeur des charges partielles (δ! et δ! ), mais il peut l être aussi par une grandeur appelée «moment dipolaire électrique». Par définition, le moment dipolaire électrique d une liaison est : μ = δ. ed u!! μ : moment dipolaire (en D) d : longueur de la liaison (m) δ : valeur absolue de la charge partielle u!! : vecteur unitaire dirigé de δ! à δ! e = 1,6.10!!" C : charge élémentaire 4 / 6

5 Bases de l électrocinétique (uniquement des questions de cours) 1. Savoir qu il existe plusieurs modes de transport d une grandeur physique et savoir donner des exemples : Diffusion (diffusion thermique, diffusion des particules, ) : phénomène irréversible au cours duquel une grandeur physique est transportée par le biais des molécules. Leur origine vient de la non homogénéité de la grandeur dans l espace : cela se traduit par l existence d un gradient d une grandeur intensive. Il n y a pas de déplacement global de la matière. Convection : phénomène de transport au cours duquel il y a un déplacement global de la matière. Rayonnement : il s agit d un transfert d énergie par le biais des ondes électromagnétiques. De l énergie est véhiculée et on parle de transfert thermique par rayonnement. 2. Savoir qu en électrocinétique on s intéresse à la diffusion électrique (ou conduction électrique). La grandeur transportée est ici la charge électrique, et ce transport se fait par le biais des charges elles-mêmes. La grandeur inhomogène est le potentiel électrique : l existence d un gradient de potentiel engendre l apparition d un déplacement de particules chargées. 3. Savoir que la conduction électrique se retrouve dans tous les états de la matière : solide, liquide, gazeux. 4. Dans tous les cas, savoir que la charge électrique d un électron, d un proton, d un atome ou d une molécule est quantifiée : elle est un multiple entier relatif de la charge élémentaire e = 1,6.10!!" C. 5. Connaître le sens conventionnel du courant : «le sens conventionnel du courant électrique est celui des charges positives». 6. Savoir que la charge électrique possède trois propriétés importantes : Positif ou négatif : la charge électrique peut exister sous deux formes, l une qualifiée de positive et l autre de négative. Extensivité : la charge électrique est une grandeur extensive, c est à dire qu elle est proportionnelle à la quantité de charges contenues dans le système. Caractère conservatif : la charge électrique est une grandeur conservative, c est à dire que dans un bilan de charges le terme de création est nul. 7. Savoir que l intensité du courant est la quantité de charge électrique dq qui traverse une surface S pendant la durée dt : i = dq dt i en A ; q en C ; t en s 8. Savoir que l intensité du courant est une grandeur algébrique dans un circuit. Pour obtenir le sens «vrai», on utilise un ampèremètre qui se branche en série. 9. Connaître les ordres de grandeur d un courant. 10. Savoir comment brancher un ampèremètre dans un circuit. 11. Savoir que pour pouvoir mettre en mouvement des charges électriques, on doit leur fournir une énergie potentielle E!" (énergie potentielle calculée à partir du travail de la force électrostatique). Savoir qu on définit le potentiel électrique V! comme l énergie potentielle en ce point par unité de charge q : V! = E!" q (V! en V ; E!" en J ; q en C) 12. Savoir que la tension u!" entre les points A et B d un circuit est : u!" = V! V! 5 / 6

6 u!" en V On mesure une tension à l aide d un voltmètre : il s agit d un appareil polarisé qui possède une borne + et une borne (ou COM) qui se branche un parallèle (ou en dérivation). 13. Connaître les ordres de grandeur des tensions. 14. Connaître l Approximation des Régimes Quasi Stationnaire (ARQS) : Soit T la période du signal électrique qui se propage dans le circuit ; soit τ la durée mise par le signal pour parcourir le circuit ; on montre que dans le cas courant du laboratoire on a T τ : on peut donc considérer que l intensité varie peu d un point à un autre du circuit à l instant t. On négligera donc les phénomènes de propagation : cette approximation est appelée l ARQS. Remarque : on peut également raisonner en terme de longueur et dire que l ARQS correspond à la situation où λ L (la longueur d onde du signale est très grande par rapport à la longueur du circuit électrique). 15. Savoir définir un régime stationnaire : toutes les grandeurs physiques ne dépendent plus du temps. Ces grandeurs sont alors notées en majuscules. 16. Connaître les éléments de vocabulaire usuels et savoir les définir : fil de connexion, masse signal et masse carcasse, dipôle et multipôles, nœud, branche, maille. 17. Savoir énoncer et utiliser les lois de Kirchhoff : loi des nœuds et loi des mailles. 18. Savoir que les grandeurs u, i utilisées dans les circuits sont des grandeurs algébriques. On définit deux conventions d orientation pour un dipôle : la convention générateur : dans ce cas, u et i sont dans le même sens la convention récepteur : dans ce cas, u et i sont dans un sens opposé 19. Savoir définir la puissance échangée par un dipôle. En convention récepteur : si P = ui > 0, alors le dipôle reçoit de l énergie électrique si P = ui < 0, alors le dipôle fournit de l énergie électrique Remarque : en convention générateur c est l inverse. 20. Attention : Savoir que la convention récepteur (ou générateur) est purement arbitraire et dépend de la personne qui étudie le circuit. Par contre, le caractère récepteur (ou générateur) d un dipôle est une donnée intrinsèque de ce dernier. 6 / 6