DIPLÔME NATIONAL du BREVET Session 2012 PHYSIQUE CHIMIE Série Collège DURÉE : 45 min - COEFFICIENT : 1 Ce sujet comporte 7 pages numérotées de 1/7 à 7/7. Le candidat s assurera en début d épreuve que le sujet est complet. Le candidat répond directement sur le sujet qui doit être remis en fin d épreuve, à l intérieur de la copie, sans le dégrafer. L usage de la calculatrice est autorisé. BARÈME : Première partie : MÉCANIQUE 3,75 points Deuxième partie : ÉLECTRICITÉ 6,75 points Troisième partie : CHIMIE 7,5 points Orthographe et présentation : 2 points Page 1/7
Les eaux de Vichy Cité culturelle et sportive d Auvergne, la ville de Vichy est surtout réputée pour ses sources. La ville est traversée par la rivière Allier. Un barrage (photo 1), installé sur la rivière, a permis de constituer une retenue d eau : le lac d Allier. Photo 1 (barrage avec passe à poissons) Photo 2 (passe à poissons) Partie Mécanique : (3,75 points) Sur chaque rive, une passe à poissons (photo 2) a été installée afin de permettre aux saumons le franchissement du barrage. 1. Le saumon adulte est un poisson de masse moyenne m égale à 2 kg. 1.1. Rappeler l unité du poids P d un objet dans le Système international. 1.2. Parmi les relations suivantes, choisir, en cochant la case, celle reliant le poids P d un objet à sa masse m. P = m / g P = m x g P = g / m 1.3. Calculer le poids P d un saumon de masse m égale à 2 kg. On prendra l'intensité de la pesanteur sur Terre g 10 N/kg......... 2. Quand le saumon entre dans la passe à poissons, il se trouve au niveau le plus bas. Il traverse alors une suite de bassins disposés en escalier et remonte le courant, pour accéder au point le plus haut du barrage et poursuivre sa migration. Page 2/7
2.1. Relier par un trait les points des deux colonnes afin de constituer une phrase exacte : En remontant dans la passe à poissons le saumon perd de l énergie de position. le saumon gagne de l énergie de position. 2.2. On estime la vitesse v du saumon pendant la traversée de la passe à 1 m/s. Sachant que l énergie cinétique E c d un objet est donnée par la relation E c = 2 1 mv 2, calculer l énergie cinétique E c du saumon pendant la remontée. Partie Électricité : (6,75 points) De tels barrages sont souvent utilisés pour la production d électricité. 1. L alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques. 1.1. Légender la photographie de cet alternateur de bicyclette démonté :. Page 3/7
1.2. Compléter le diagramme d échange d énergie ci-dessous : 1.3. Citer deux adjectifs permettant de qualifier la tension fournie par un alternateur. 2. Les sources d énergie permettant la mise en rotation d un alternateur varient en fonction du type de centrale. 2.1. Compléter la première ligne du tableau ci-dessous. tableau. 2.2. Classer les sources d énergie suivantes dans les deux colonnes du uranium charbon vent gaz naturel Soleil eau Source d énergie renouvelable Source d énergie.... 3. La tension produite par un alternateur dans une centrale permet d alimenter des habitations en électricité. Voici l oscillogramme obtenu en branchant un oscilloscope aux bornes d une prise du secteur : Réglages de l oscilloscope : Sensibilité verticale : 100 V / DIV Sensibilité horizontale : 10 ms / DIV Page 4/7
3.1. Déterminer la période T de cette tension. Calcul :. 3.2. La fréquence f d une tension est donnée par la relation f = 1/T avec T la période de la tension. 3.2.1. Nommer l unité de la fréquence. 3.2.2. Donner l unité de la période dans le Système international. 3.2.3. Calculer la fréquence de cette tension. Partie Chimie : (7,5 points) Les vertus des eaux thermales issues des sources de Vichy étaient déjà connues des Romains. Ces sources produisent des eaux pétillantes riches en ions bicarbonate. Source Chomel Page 5/7
La source Chomel est une des sources les plus riches en fer. 1. L atome de fer possède 26 électrons. 1.1. Écrire le symbole de l atome de fer :.. 1.2. Rappeler le signe de la charge électrique portée par un électron. 1.3. Expliquer pourquoi on dit d un atome qu il est «électriquement neutre». 1.4. L ion fer II, de formule Fe 2+, est obtenu à partir de l atome de fer. Pour former cet ion, l atome de fer a (choisir la proposition correcte) : gagné deux électrons perdu deux électrons 2. Le tableau ci-dessous donne la composition chimique de l'eau de la source Chomel. Minéralisation en mg/l Anions Cations Chlorure 409,3 Sodium 2047 Bicarbonate 4666 Fer 0,750 Sulfate 187,6 Calcium 114,8 Fluorure 8,74 Potassium 87,7 2.1. Écrire les formules des ions sodium et des ions chlorure. 2.2. Cette eau conduit le courant électrique. À quoi est due cette conduction électrique? 3. Le ph des eaux de Vichy est compris entre 6,5 et 6,9 selon les sources. Les eaux sont donc légèrement acides. 3.1. Proposer une méthode permettant de déterminer le ph d une solution. 3.2. Nommer l ion responsable de l acidité d une solution. 3.3. Écrire la formule de cet ion. Page 6/7
4. Un objet en fer placé dans l'eau de l'une de ces sources serait «rongé» au bout d un certain temps. Afin d étudier le phénomène, on réalise l expérience détaillée dans le texte ci-après : Dans un tube à essais contenant de la poudre de fer, on verse quelques millilitres d acide chlorhydrique concentré. On observe alors un dégagement gazeux. Afin d identifier les produits de la transformation qui a lieu, on réalise deux tests : Le premier est le test à la flamme : on entend une légère détonation. Le deuxième test consiste à verser de la soude dans la solution qui surnage : on obtient un précipité vert ; les ions fer II sont donc présents. 4.1. Faire le schéma légendé de l expérience correspondant au deuxième test. suivant : 4.2. Sur le flacon contenant l acide chlorhydrique, on peut voir le pictogramme Donner sa signification :.. 4.3. Nommer le gaz formé. 4.4. Une transformation chimique a eu lieu, compléter le tableau suivant : Réactifs Produits Nom ion hydrogène.. ion fer II Formule ou symbole Fe.. H 2 4.5. Écrire (avec les noms des espèces en toutes lettres) le bilan de la transformation chimique étudiée. Page 7/7