Devoir de sciences physiques n 6 Classe de TS1 LES CALCULATRICES NE SONT PAS AUTORISEES. Partie Physique Principe d une minuterie (10 points) + C

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1 Devoir de sciences physiques n 6 lasse de TS1 LS ALULATIS N SONT PAS AUTOISS Parie Physique Principe d une minuerie (10 poins) 1. ÉTUD THÉOIQU D'UN DIPÔL SOUMIS À UN ÉHLON D TNSION. Le monage du circui élecrique schémaisé ci-dessous (figure 1) compore : - un généraeur idéal de ension de force élecromorice = 12,0 V ; - un conduceur ohmique de résisance inconnue ; - un condensaeur de capacié = 100 µf ; - un inerrupeur. Le condensaeur es iniialemen déchargé. À la dae = 0, on ferme l'inerrupeur. Figure 1 Sur le schéma du circui donné en ANNX (figure 1 à rendre avec la copie), une flèche représene le sens de circulaion du couran d'inensié i dans le circui. e sens sera considéré comme le sens posiif. Par ailleurs, on noe q la charge de l'armaure du condensaeur qui se chargera posiivemen n uilisan la convenion récepeur, représener par des flèches sur la figure 1 de l'annx les ensions u aux bornes du condensaeur e u aux bornes du conduceur ohmique Donner l'expression de u en foncion de i Donner l'expression de i en foncion de la charge q du condensaeur Donner la relaion lian q e u n déduire l'expression de i en foncion de la capacié e de la ension u n appliquan la loi d'addiivié des ensions, éablir une relaion enre, u e u Éablir l'équaion différenielle noée (1) à laquelle obéi u u = (1 e ), avec =, es soluion de l'équaion différenielle (1) Vérifier que u = ( 1 e ) es soluion de l'équaion différenielle (1) De même, vérifier que u = ( 1 e ) respece la condiion iniiale On s'inéresse à la consane de emps du dipôle : = Par une analyse dimensionnelle, vérifier que le produi = es bien homogène à une durée A l'aide de la courbe u = f() donnée en ANNX (figure 2 à rendre avec la copie), déerminer graphiquemen la valeur de par la méhode de vore choix. La consrucion qui perme la déerminaion de doi figurer sur la courbe u c = f(). Aides aux calculs : 0,63 x 12 = 7,6 0,37 x 12 = 4, n déduire la valeur de la résisance. ee valeur sera donnée avec deux chiffres significaifs.

2 2. APPLIATION. Au dipôle précédemmen éudié, on associe un monage élecronique qui commande l'allumage d'une lampe : - la lampe s'allume lorsque la ension u aux bornes du condensaeur es inférieure à une valeur limie u al = 6,0 V ; - la lampe s'éein dès que la ension u aux bornes du condensaeur es supérieure à cee valeur limie u al = 6,0 V. Le circui obenu (figure 3) es le suivan : P monage élecronique L figure 3 Foncionnemen du bouon poussoir : Lorsqu'on appuie sur le bouon poussoir, ce dernier enre en conac avec les deux bornes du condensaeur e se compore comme un fil conduceur de résisance nulle. Il provoque la décharge insananée du condensaeur. Lorsqu'on relâche le bouon poussoir, ce dernier se compore alors comme un inerrupeur ouver Le condensaeur es iniialemen chargé avec une ension égale à 12 V, la lampe es éeine. On appuie sur le bouon poussoir P. Que devien la ension aux bornes du condensaeur u pendan cee phase de conac? La lampe s'allume--elle? Jusifier la réponse On relâche le bouon poussoir ommen évolue qualiaivemen la ension aux bornes du condensaeur au cours du emps? La consane de emps du dipôle uilisé es = 25 s. ommen évolue l'éa de la lampe aussiô après avoir relâché le bouon poussoir? n vous aidan de la soluion de l'équaion différenielle (donnée à la quesion ), donner l'expression liérale de la dae al, à laquelle la ension aux bornes du condensaeur aein la valeur limie u al en foncion de u al, e alculer la valeur de al durée d'allumage de la lampe. Aides aux calculs : ln(2) = 0,7 ln(0,5) = - 0, erouver graphiquemen la valeur de al à l'aide de la courbe u = f() fournie en ANNX (figure 2 à rendre avec la copie). Indiquer clairemen cee durée sur le graphe La ension aux bornes du généraeur éan consane, on voudrai augmener la durée d'allumage. Quels son les deux paramères du circui élecrique de la figure 1 sur lesquels on peu agir? Préciser pour chacun d'enre eux commen ils doiven varier.

3 Parie himie Transpor du dioxygène dans le sang (10 poins) Le bu de ce exercice es d éudier, de manière simplifiée, le ranspor du dioxygène par l hémoglobine du sang des poumons vers les organes. Une molécule d hémoglobine es consiuée de plusieurs sous-uniés. On ne considèrera dans ou l exercice que la sous-unié noée Hb (aq). Le dioxygène es ransporé de deux façons dans l organisme : - sous forme de dioxygène dissous dans le sang que l on noe O 2(aq). - sous forme d oxyhémoglobine que l on noera HbO 2(aq). Le sang es assimilé à une soluion aqueuse. Donnée : Masse molaire de la sous-unié d hémoglobine : M(Hb) = 1, g.mol -1 Les quare paries son indépendanes. 1. Transpor du dioxygène dans l organisme par l hémoglobine du sang Au niveau des poumons, une sous-unié d hémoglobine fixe une molécule de dioxygène pour donner une sous-unié d oxyhémoglobine. L équaion de la réacion associée à la ransformaion chimique es : Hb (aq) O 2(aq) = HbO 2(aq) (équaion 1) 1.1. À l éa iniial, on suppose qu un volume V = 100 ml de sang conien une quanié de sous-uniés d hémoglobine noée n 0, un excès de dioxygène e ne conien pas de sous-uniés d oxyhémoglobine. e volume V de sang conien une masse m = 16 g de sous-uniés d hémoglobine. alculer la quanié de maière n 0 de sous-uniés d hémoglobine correspondane n déduire l avancemen maximum x max de la réacion. On pourra s aider d un ableau d évoluion du sysème Le aux d avancemen final f de la réacion chimique (1) a pour valeur 0,97. Donner la relaion qui défini le aux d avancemen final f e en déduire la valeur x f de l avancemen final n déduire la quanié de sous-uniés d oxyhémoglobine HbO 2 formée dans l éa final n une minue, le débi cardiaque moyen perme de raier V S = 5,0 L de sang au niveau des poumons. n déduire la quanié correspondane n S de sous-uniés d oxyhémoglobine HbO 2 formées pendan une minue. Aides aux calculs : 5 97 = 0,05 5x97 = = 19,4 2. Libéraion du dioxygène au niveau des organes Le volume V de sang éudié dans la parie 1 arrive au niveau des issus des organes. À ce sade une parie du dioxygène dissous es absorbée par les issus faisan ainsi chuer la concenraion en dioxygène dans le sang. Le sysème chimique éudié dans la parie 1 se rouve alors dans un nouvel éa iniial, noé éa 1, el que la concenraion en dioxygène dissous es [O 2 ] 1 = 3, mol.l 1 ; celle de sous-uniés d hémoglobine es alors *Hb 1 = 2, mol.l 1 e celle de sous-uniés d oxyhémoglobine es [HbO 2 ] 1 = 9, mol.l alculer la valeur du quoien de réacion Q r1 dans l éa 1 correspondan à l équaion (1). Aides aux calculs : 9,1 3,6x2,8 =7,0 3,6x2,8 = 1,1 9,1 3,6x9,1 2,8 = 11,7

4 2.2. La consane d équilibre 1 liée à l équaion (1) a pour valeur 1 = 3, Dans quel sens évolue le sysème? 3. lors d un effor musculaire? Données : Au cours d un effor, du dioxyde de carbone es formé au niveau des muscles. Il se dissou dans le sang. Le couple acide-base mis en jeu es O 2, H 2 O / HO 3 (aq) de pa = 6, Écrire l équaion noée (2) de la réacion associée à la ransformaion enre le dioxyde de carbone dissous e l eau eprésener sur un diagramme les domaines de prédominance des espèces du couple O 2,H 2 O / HO n déduire, en le jusifian, l espèce prédominane de ce couple dans le sang au niveau des issus pour un ph du sang égal à 7, Pourquoi la dissoluion du dioxyde de carbone provoque--elle une diminuion du ph sanguin en l absence d aures réacions? 3.5. hez l homme, le ph du sang es compris dans des limies rès éroies : 7,36 à 7,42. D aure par, l oxyhémoglobine peu réagir avec les ions oxonium selon l équaion : HbO 2(aq) H 3 O = O 2(aq) HbH (aq) H 2 O (équaion 3) Monrer que les ions H 3 O produi par la réacion d équaion (2) permeen la libéraion du dioxygène nécessaire à l effor musculaire ou en limian la variaion de ph, vue à la quesion 3.4.

5 ANNX (à rendre avec la copie) NOM : PNOM i q Figure 1 u (V) ourbe u = f() Figure 2