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1 Minisère de l éducaion & de la formaion D. R. E. N Lycée Secondaire -Haouaria Devoir de conrôle N 1 Classes : 4 e Sc- Exp & Mah Dae : 15/11 /2008 Durée : 2 H Maière : Sciences Physiques profs: Laroussi L & Akkari.D CHIMIE ( 7poins) L eau oxygénée H 2 O 2 peu réagir lenemen avec les ions iodures I - en milieu acide. Les couples redox mis en jeu son : H 2 O 2 / H 2 O e I 2 /I -. L équaion de la réacion considérée oale s écri : H 2O2 2I 2H3O I 2 4H 2O I. On prépare à =0, un mélange réacionnel comprenan : l acide sulfurique en excès ; n 0 mole d iodure de poassium (KI ) e n 0 mole d eau oxygénée (H 2 O 2 ) e quelques goues d une soluion d empois d amidon (L empois d amidon colore en bleu oue soluion conenan le diiode I 2 même en faible proporion). Pour suivre l évoluion de cee réacion, on dose à différens insans la quanié de diiode I 2 formée dans des prélèvemens ideniques préparés à parir du mélange, par une soluion de hiosulfae de sodium (Na 2 S 2 O 3 ) de concenraion molaire connue. Cee éude expérimenale a permi de racer la courbe représenan les variaions du nombre de mole de H 2 O 2 resan dans le mélange en foncion du emps. (Voir documen -1) A la dae prévue e avan d effecuer le dosage, on ajoue au prélèvemen de l eau glacée. 1. Quel es le rôle de l eau glacée? 2. Compléer le schéma du documen 2 (feuille annexe: à remere avec la copie) 3. A parir du graphe du documen 1 : a. Relever les quaniés de maière iniiale n 0 e finale n f de H 2 O 2. b. Déduire le réacif limian. 4. a. Dresser un ableau descripif de l évoluion du sysème chimique au cours du emps. b. Déerminer l avancemen maximal x max de la réacion. c. En déduire la quanié de maière iniiale n 0 des ions iodure I a. Définir la viesse insananée d une réacion. b. Déerminer sa valeur à l insan 1 =3min. II. Trois expériences son réalisées selon les différenes condiions expérimenales précisées dans le ableau ci dessous : Numéro de l expérience Quanié iniiale de H 2 O 2 ( en 10-2 mole) Quanié iniiale de I - (en 10-2 mole) Quanié iniiale de H 3 O + (en mole) excès excès excès Tempéraure du milieu réacionnel en C On sui la variaion du nombre de mole de H 2 O 2 en foncion du emps au cours de chacune des rois expériences réalisées. Les résulas obenus son représenés sur le documen-3-1. Quels son les faceurs cinéiques mis en jeu par ces rois expériences? 2. Aribuer, en le jusifian, la case qui convien à chacune des leres a ; b e c dans le ableau (voir feuille annexe) pour désigner la courbe correspondan à chacune des rois expériences. n(h 2 O 2 )( mmol) Documen 1 n(h 2 O 2 ) (10-2 mole) 1mmol 1min (b ) (c Documen-3- (min (a)

2 PHYSIQUE : ( 13poins) Exercice1 : (Éude d'un condensaeur) 1. Un généraeur idéal de ension consane noée E alimene un condensaeur de capacié C en série avec un conduceur ohmique de résisance R. Le condensaeur éan iniialemen déchargé, on souhaie visualiser, à l'aide d'un oscilloscope numérique, la ension aux bornes du généraeur sur la voie A e la ension aux bornes du condensaeur sur la voie B, lors de la fermeure du circui. Compléer le schéma du monage (figure 1 de l'annexe à rendre avec la copie) en représenan les symboles des deux dipôles (condensaeur e conduceur ohmique) e les flèches des ensions visualisées sur chacune des voies. 2. L'écran de l'oscilloscope es représené sur le documen-4-de l'annexe. Les réglages de l'oscilloscope son les suivans : Sensibilié vericale : 2 V/div. ; Base de emps: 0,5 ms/div. a. A quelle voie de l'oscilloscope correspond chacune des deux courbes? Jusifier la réponse. b. Déerminer, à l'aide de l'oscillogramme, la valeur de la ension E délivrée par le généraeur. 3. Recopier soigneusemen le schéma du circui de charge du condensaeur sur vore copie. Indiquer sur ce schéma le sens réel du couran lors de la charge du condensaeur. 4. a. Éablir l'équaion différenielle vérifiée par la ension u C () aux bornes du condensaeur lors de sa charge. b. Déduire de l équaion différenielle la valeur de u c () en régime permanen. c. Cee équaion différenielle adme une soluion de la forme : u c () = A.(1- ). Déerminer les expressions liérales de A e. 5. Déerminer à l aide de l oscillogramme de documen-4- la valeur de la consane de emps. 6. a. Eablir l expression de l inensié de couran élecrique, puis représener l allure de la courbe i=f() en précisan l expression de sa valeur iniiale I 0 en foncion de : E e R b- Sachan que I 0 = 50mA. Déerminer les valeurs de R e C 7. Calculer la durée minimale duran laquelle l opéraeur doi mainenir l inerrupeur fermé afin de réaliser la charge de condensaeur 8. Fau-il augmener ou diminuer la valeur de R pour charger plus rapidemen le condensaeur? Jusifier la réponse. 9. On relie les poins A e M par un fil conduceur. Sous quelle forme l énergie emmagasinée dans le condensaeur es dissipée? Calculer sa valeur. Exercice2 (Eude d un dipôle RL) On branche en série un généraeur de ension idéal de f. é. m E, un inerrupeur K, une bobine d inducance L e de résisance r,e un conduceur ohmique de résisance R 1 =50 (figure2 ). Un oscilloscope à mémoire perme d enregisrer au cours du emps les valeurs des ensions. 1. À l insan =0, on ferme l inerrupeur K, e on procède à l enregisremen. On obien les courbes y 1 = f() e y 2 =g() ( documen-5-). a- Quelles son les grandeurs élecriques observées sur les voies A e B? Idenifier alors y 1 e y 2. Jusifier la réponse. b- A parir de la courbe représenan la variaion de i, inensié du couran dans le circui, expliquer le comporemen élecrique de la bobine c- Donner la valeur de la f. é. m E du généraeur 2. Lorsque le régime permanen es éabli, l inensié i prend la valeur I p, andis que y 2 prend la valeur Y p. a- Donner les expressions liérales des ensions u AM, u AB e u BM. b- Monrer, en uilisan les courbes (documen-5- feuille annexe), que la bobine a une résisance r non nulle. c- Calculer, l inensié I p e la résisance r de la bobine 3. le circui éudié peu êre caracérisé par une consane de emps, qui perme d évaluer la durée nécessaire à L l éablissemen d un régime permanen dans ce circui. Pour un circui ( R L), on pose. R a- Que représene R dans le circui éudié? Quelle es sa valeur numérique? b- On adme que, si i es l inensié du couran dans le circui à un insan, alors : i A( 1 e ). Monrer que A es égal à I p. 4. a- Donner la valeur de déerminée graphiquemen. b- En déduire la valeur de l inducance L de la bobine e,r 1 Voie Y 1 Voie Y 2 Masse

3 Nom e prénom :. Feuille annexe Classe.N. Numéro de l expérience La courbe correspondane... K Voie A Courbe 1 E Voie B Courbe 2 Figure-1- M Masse Documen-4- Y 1 Y 2 Documen-5- Documen 2

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5 Exercice2 On se propose d éudier l éablissemen du couran élecrique dans un dipôle série comporan une bobine d inducance L réglable de résisance r e un conduceur ohmique de résisance R=100 lorsque celui-ci es soumis à un échelon de ension E délivrée par un généraeur de ension idéal. Un oscilloscope à mémoire, es branché comme l indique le schéma ci conre. 1. A l isan =0, on ferme l inerrupeur K, e on procède à l enregisremen. On obien les courbes Y 1 e Y 2 (documen -4-) a- Quelles son les grandeurs élecriques observées Voie A sur les voies A e B? A b- Quelle es la ension qui perme de déduire la variaion de l inensié de couran i au cours du R E emps? Expliquer brièvemen le comporemen élecrique de la bobine. B Voie B c- Quelle es la valeur de la f.é.m du généraeur? 2.a. Eablir l équaion différenielle régissan l inensié de couran élecrique. Masse b. sachan que la soluion de cee équaion M différenielle es : i( ) I 0 (1 e ). E L Monrer que : I 0 e R r R r 3- Lorsque le régime permanen es éabli, l inensié i de couran prend la valeur I 0 a- Donner dans ces condiions, les expressions de liérales des ensions u AB e u BM. b- Déerminer les valeurs de : * l inensié I 0 * La résisance r de la bobine. 4- Le circui éudié peu êre caracérisé par une consane de emps qui nous renseigne sur la rapidié de l éablissemen de couran. a- Déerminer en expliquan la méhode uilisée la valeur de. b-en déduire la valeur de L. 5. on ajuse mainenan l inducance L de la bobine à une valeur L = 0,6H. Sur le même figure de documen -4- représener en jusifian l allure de la courbe u AB en foncion du emps Exercice1 : Le monage représené par la figure-a- perme d éudier l évoluion de la ension u AB aux bornes d un condensaeur de capacié C, en série avec un resisor de résisance R 2. Un oscilloscope à mémoire perme de visualiser la variaion de u AB au cours de emps. L inerrupeur K es en posiion 1 depuis longemps. A =0, on bascule l inerrupeur en posiion 2 1. A la dae =0, quel es l éa de la charge du condensaeur? 2. On fourni le documen -3- (voir feuille annexe) qui représene la courbe de variaion de u AB (). a. Quelle es le phénomène physique observé (charge ou décharge de condensaeur)?

6 b. En déduire une jusificaion de la réponse faie dans la quesion1 3. En respecan l orienaion choisie, préciser le signe de l inensié i du couran lors de la décharge du condensaeur 5. a. En appliquan la loi des mailles, monrer que l équaion différenielle vérifiée par la ension u AB es : duab R 2 C u AB 0 d b. En adme que la foncion du emps : u AB ( ) A e es soluion de l équaion différenielle précédene, monrer que A = E e R 2. C. c. Déerminer en expliquan la méhode uilisée la consane de emps. 6. Sachan qu a l origine de emps la valeur de l inensié du couran es i 0 = -50 ma. a. Exprimer i 0 en foncion de : E e R 2 b. Déerminer alors les valeurs de R 2 e C. 7. Calculer l énergie élecrique dissipée par effe joule dans le dipôle resisor. 8. On remplace R 2 par R (R >R 2 ), ou en gardan les aures paramères de circui. Représener en jusifian sur le même graphique de documen-3- la courbe d évoluion de u AB au cours de la décharge.