Calculatrice NON autorisée.

Calculatrice NON autorisée. PHYSIQUE. I. Flash d appareil photographique jetable. Certains appareils photographiques sont équipés d un flash dont le principe de fonctionnement est expliqué ci-dessous. 1 ère phase. A la fermeture de l interrupteur K 1, la pile alimente l oscillateur qui délivre alors une tension alternative ; celle-ci peut être élevée grâce au transformateur ; le redresseur permet d obtenir une tension continue de l ordre de quelques centaines de volts entre les points P et N. Le condensateur se charge et emmagasine alors de l énergie. 2 nde phase. Au moment où le photographe appuie sur le déclencheur, l interrupteur K 2 se ferme et le condensateur libère alors quasi instantanément l énergie emmagasinée dans la lampe, ce qui produit un flash lumineux Données : C = 100 µf u C : tension aux bornes du condensateur + : sens positif du courant dans la branche AB. Une étude expérimentale du dispositif a permis d obtenir les courbes I et II de l annexe, à rendre avec la copie. 1. Identification des courbes. 1.1 Associer à chaque phase de fonctionnement du flash les phénomènes de charge et de décharge du condensateur. 1.2 Affecter à chacune des courbes (I et II) la phase correspondante. 2. Évolution temporelle du système lors des deux phases. 2.1 Les courbes I et II de l annexe permettent d évaluer graphiquement la constante de temps τ lors de chacune des phases. 2.2 Expliquer et utiliser une méthode au choix permettant de déterminer τ. 2.3 Vérifier sur l annexe qu on obtient : τ (courbe I) 0,1 ms et τ (courbe II) 3 s. 2.4 En déduire les valeurs approchées de R et de r. 3. Puissances mises en jeu lors des deux phases. La puissance moyenne P, mise en jeu lors d un échange d énergie E pendant la durée t, est donnée par E la relation : P = avec E en joules, t en secondes et P en watts. t 3.1 Quelle est la tension maximale aux bornes du condensateur? 3.2 En déduire l énergie maximale emmagasinée dans le condensateur. 3.3 On considère que la charge ou la décharge est complète à t = 5τ. 06 07 TS DS 4 Page 1 sur 6

Utiliser les valeurs indiquées au paragraphe 2.3. pour calculer la puissance moyenne mise en jeu lors de chaque phase. Quel est l intérêt pratique de la différence constatée? En déduire pourquoi la résistance r du tube éclair doit être petite. II. Etude d un dipôle RL. On se propose d étudier l établissement du courant dans un dipôle comportant une bobine et un conducteur ohmique lorsque celui-ci est soumis à un échelon de tension de valeur E. Le conducteur ohmique a une résistance R. La bobine sans noyau de fer doux, a une inductance L ; sa résistance r est négligeable devant R. Les valeurs de E, R, L sont réglables. On dispose d un système d acquisition de données et d un logiciel adapté pour le traitement des données. On réalise le montage ci-contre : 1. On réalise une première expérience K A (expérience A) pour laquelle les réglages Voie 1 sont les suivants : L = 0,10 H ; R = 1,0 kω ; E = 6,0 V. L À l instant de date t = 0 s, on ferme E B Voie 2 U AC l interrupteur K. R u BC 1.1. On veut suivre l évolution de l intensité i du courant en fonction du temps. + Quelle tension doit-on enregistrer et quelle opération doit-on demander au logiciel pour réaliser cette observation? Justifier la réponse. Sens + choisi pour l'intensité du courant 1.2. On obtient le graphe suivant (la tangente à la courbe au point origine est tracée) : C i (ma) graphe 1 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 i(t) 0,0 0,5 1,0 1,5 t (ms) 06 07 TS DS 4 Page 2 sur 6

1.2.1. Déterminer graphiquement la valeur I de l intensité du courant en régime permanent en explicitant la démarche. 1.2.2. Déterminer graphiquement la constante de temps τ du dipôle RL étudié en explicitant la démarche. 1.2.3. Cette valeur correspond-elle à celle attendue théoriquement? Justifier la réponse. 1.3. Étude analytique. 1.3.1. Établir l équation différentielle vérifiée par l intensité du courant i(t). On rappelle que l équation différentielle cherchée est une relation entre la fonction i(t) et sa dérivée par rapport au temps di dt. 1.3.2. En déduire l expression de l intensité I du courant en régime permanent. Calculer sa valeur. 2. Influence de différents paramètres. Afin d étudier l influence de différents paramètres, on réalise trois autres expériences en modifiant chaque fois l un de ces paramètres. Le tableau suivant récapitule les valeurs données à E, R et L lors des quatre acquisitions. E (V) R (kω) L (H) Expérience A 6,0 1,0 0,10 Expérience B 12,0 1,0 0,10 Expérience C 6,0 0,50 0,10 Expérience D 6,0 1,0 0,20 Associer chacun des graphes (2), (3), (4), tracés en annexe, à une expérience en justifiant précisément chaque choix. CHIMIE : Comportement de deux acides. Données : pk A (HCO 2 H/HCO - 2 ) = pk A = 3,75 ; pk A (HF/F - ) = pk A = 3,17 Indicateurs colorés Teinte acide Zone de virage Teinte basique Jaune d'alizarine Rouge 1,9-3,3 Jaune Vert de bromocrésol Jaune 3,8-5,4 Bleu Rouge de méthyle Rouge 4,2-6,2 Jaune Quelques valeurs numériques pouvant aider à la résolution des calculs 10-2,64 = 2,29 10-3 10 2,64 = 436,5 10 0,58 = 3,8 10-2,90 = 1,26 10-3 10 2,9 = 794 10-0,58 = 0,26 Deux solutions S 1 et S 2 de même concentration C 1 = C 2 = 1,00 10-2 mol.l -1 d acides HA 1 et HA 2 ont pour ph respectifs, ph 1 = 2,64 et ph 2 = 2,90. 1. a. Ecrire l'équation de la réaction qui a lieu lors de la mise en solution d'un acide HA dans l'eau. b. Lequel des deux acides est le plus dissocié (le plus fort) en solution aqueuse? Justifier. Supprimé : x 06 07 TS DS 4 Page 3 sur 6

c. Déterminer les taux d avancement final de ces réactions. Ce résultat est-il en accord avec celui de la question précédente? d. Identifier ces deux acides sachant que l un est l acide méthanoïque alors que l autre est l acide fluorhydrique. Justifier. 2. Tracer, sur un même axe, les diagrammes de prédominance des espèces acides et basiques des deux couples précédents. L acide méthanoïque et l ion fluorure peuvent-ils être simultanément les espèces prédominantes de leur couple? 3. Une solution S est obtenue en mélangeant un volume V 1 = 50,0 ml de solution d acide méthanoïque de concentration C 1 = 10 mmol.l -1 et un volume V 2 = 50,0 ml de solution de fluorure de sodium de concentration C 2 = 10 mmol.l -1. Afin d'évaluer la valeur du ph de la solution S, on réalise, sur différents prélèvements de la solution S, des tests colorimétriques à l'aide d'indicateurs colorés acido-basiques. La solution est rouge en présence de rouge de méthyle et jaune en présence de jaune d'alizarine et de vert de bromocrésol. Donner un encadrement de la valeur du ph de la solution S. 4. a. Ecrire l'équation de la réaction acido-basique entre l'acide méthanoïque et l'ion fluorure. b. Définir la constante d acidité d un couple acide/base. Donner les expressions des constantes - d acidité K A' et K A" des couples HCO 2 H/HCO 2 et HF/F -. c. Déterminer la valeur de la constante d équilibre associée à l'équation de la réaction acidobasique entre l'acide méthanoïque et l'ion fluorure. 5. a. Pour la réaction acido-basique étudiée déterminer, à l'aide d'un tableau d'avancement, la relation entre [HCO - 2 ] éq et [HF] éq puis la relation entre [HCO 2 H] éq et [F - ] éq b. Donner l'expression littérale du produit K A'.K A". c. En utilisant les résultats de la question 5.a., exprimer le produit K A'.K A" en fonction de la concentration en ion oxonium dans l'état d'équilibre. d. Calculer alors la valeur du ph de la solution S. Est-elle en accord avec l'encadrement obtenu à la question 3.? 06 07 TS DS 4 Page 4 sur 6

ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE Questions I. Courbe I u C (V) 350 300 250 200 150 100 50 u C (V) 350 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 t (ms) Courbe II 300 250 200 150 100 50 0 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 t (s) 06 07 TS DS 4 Page 5 sur 6

Question II graphe 2 graphe 3 graphe 4 06 07 TS DS 4 Page 6 sur 6