devoirs physique - bac-tunisie (1)

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l..ycee Hedi Choker Devoir de svnthese N°1
SFAX
Decernbre 2011

Section: Sciences Experlrnentales Coeffic;ent : '1, Duree : 3 heuree.

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I
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Le devoir comporte deux exercices de chimie et deux pag~es ·1;;
numerotees de l/5 5/5. La page 5/5 est remplir par
i1. ( 1 -:

a a ai;I 11
l l ~hlmie : - Document scienttflques exercices de physique repartis scr cir.:(~'
1 I'eleve ct remettre avec la copie,

Physique : - Circuit RLC
!\._____ ··------------' iI: 1 - Equilibre chlmlque,
- Circuit RL . Jr

Cl-JIM!~ (9.0 points) I

aExercice N°1 {3,00 points} La lampe iode

Considerons dabord la Iarnpe a incandescence

representee sur la fi,a_ure-I>. Elle est constituee d une

ampoule de verre dans laquelle on a remplace 1 ! air par

un gaz inerte. Un filament de tungstene est parcouru par

un courant electrique et est porte 2. tres haute

temperature. Ce qm genere la lumiere. 11 est

indispensable qL,e I'air soit remplace par un ga2. inerte

smon le tungstene brulerait par oxydatior; avec

I'oxygene.

Malgre cette precaution, la lampe S une duree de vie

Iimi tee (-r--l_ 1000 h), car le tungstens se sublime

(Sublimation ::;: passage de la phase solide a la phase
gazeuse). Cette sublimation entraine un arnincissement
du filament qui finit par se briser. Le tungstene gazcux Figure-1:

vase deposer sur ia paroi de l'ampoule qui devient noire, car cette paroi est plus froide.
On a done un ecuilibre : Wro·, :.== vV,c:1 (1)
aJ. icde, \,D/ ,....,,,
Dans la lampe +12 \. ..,.,, par I'iode qui va reagir avec le tungstene
le gaz inerte est remplace
\1'/1.., rg'• (2) Cette reaction est exothermicue. Or au
gazeux : . • b) Vft.-:1 ~ J..
........ \.C,~ 4,, '- /

niveau du filament la temperature est tres elevee. Par consequent: I'equilibre va se

deplacer vers la gauche : liodure de tungstene se decompose, done augmentation de la

concentration en tungstene gazeux pres du filament, et finalement lequilibre de I'equation

( 1) est deplacee vers la droite. Une panie du tungstene gazeux se redepose sur le filament,

La presence d' icde protege done le filament. tout en produisant plus de lurniere.

Questions:

~-+:. ~_),'-0~: i 22 740 485: -..l.i~\-4 f'-3:l>J.~.:,\ t/~·\_0..r.<-Y':·'' '' · ) ~ '' ~ ' ;... r·\~· 18 ~·~ II 1·~:.,. l
C_J~
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~ i -.-.. .•.,,.,~·········u.' i,,S _;.t, I I !' ~ ! ::..::,,. 18 .:...a::.s.. ••-•-•-••-•--•-•••••••-••••••-
i-=-:• • . -----·-------- ... -------- ;,--- " " '

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I \o.t En se L.rasant sur le iexte. définir une iampe à iocie rf
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) 1

I âo,' Enoncer Ie loi ri'action de rnasse' i
Donne,.-l'expression de la constante C'équiiibr"e Fl reiative à la réaction (2)-
b,/) I
I
I
I En s'appttl'ant sur le texle, préciser le sens rie la rêaction qui se produit dans uir /
i s1,stèr-ire en équilibrc fcrn-né par tre tungsTène, I'iocle e'; f iodure de tungstène sujîe à une.
t l,

{ augnlentation tls sa telnpéraluiÊ. i

,} I

I 4"/ û* lit 6ans le texte le phrase suivente : ..,. I-â présence d'iode protège donc le filarnEnt, Ii
iour en prodr.risant piurs de lun-iière » Expliqirer cornn'ient f iode protège le filan:ent' t)

e ru'3 (S,00 polnts) ü

I Ocnje,nm-'pé2rt,iéri.ap1na0orel-zcàjemfcIc'niln:,:slu'atlaecnidbtercuélieethaCdiarHote4i.Oqtu.=eO= r0nlesficb;reïrllr{lent*uileebtebuTruàreteàedseszsaBs.a4ii}cpzouneisttenoI'Ian2r.:p,tlaLJc,ee6s.ci-ec0lu-da2eartmnitiéeosrl di

t :l

iA 1

I i

dans un bain rnarle de température constatrte 0 = 80'C' I
I

ri

tl

I

ll

l ,1.'l Expliquer I'intérêt des opéraiions suivantes :

/l On sceile le tub: à essai.
{ Cnpoite le tu'ne à essai à rine tempé;auu;:e éie"'ée'

:

i 20.l eot En -,.lrilisant ies flormules semi-déveicp"'pées, écrire X'équarion chirriqlre Ce ia

).

l réacriori limitée qui se produit rians ie tu'se à essa;. hicmmer 1'ester (E) obtenu'

I Dresser ie tabieau descriptif ci'évolution riu s.v-stètne contenu dans le tube à essai.
t
b.lI

t
i

Tr:E
3"1 La réaction cfuirnlque etudiée a ui'r t-aux d'avancemettt fural Ü,75.

ri

â aoi Déterrrriner I'avalcÈment tiaal xr de cette réaction'

É

I bo,, Caiculer la consianre ci'équilibre K reiati.,,e à la réaction C'estérificatr,rn.
:
I 4o,, A un instant de are tr. on reu'oidit le Çonte11u cil-r tube à essai. puis. on dose la
I un2emsbol^trIu-ti,o-n1aqeuneuspe r'é.Ss)edn'hcyeCcrcixeydephdéenostropdhtiauiléiiinceie.
quantiié d'acicie restant par
i l:rolaire
concentraiion Cs :
I

I A 1'Équivaler.ce acitlc-baslque. ie voiuuie ct'hy'Croxycie de scdtunt ajcuté est

Vae = 5 ntL'

a"/ I)éter:rriner à la riate t, I'a.,'ancerneilî xr de la réaction rl'estérification. En

déduire Ia composition du sysrèrne à ceite date-

b.i Monrrer que Ia date tr ne correspcnd pas à un état d'équiiibre chirrique

Cynamique du st'stème chirnique ::éaiisé.

5"r ûn prépare un svstèn:,e chimique fonné par les quantitéi; 0,i. rnol d'acicle éthanr-rïque,

A,2 rncl cie niéti-ranol, O, 3 rnol d'ester(E) et 0,4 moi d'eau

ao,t N.{ontrer que le s)'stème obtenii n'est ilas en état o'équilibre dynamique.
fuo/ Prrjciser. en.ir"rstillan-" ia réponse. |e sens dé.iolution spontané.

4â ees41 e*î ;-yS -Ê'ül e-É.r ) 1^-i1 ;-.r"'^' é'"+ f g i'üS* ei,
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30
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PHYSIQUE {11.o points)

Exercice N"1 (4,75 points} ./K -:;-:--·~
'-";
A I'aide dun condensateur de capacite C, dune bobine

dinductance L d de resistance interne r:::::: 10 D, d'un r l~

=commutateur K dun cor.ducteur ohmique de resistance t! '.L.r,~ u,
I ti
R 40 f2 et dun dip. ole .a....enerateur idea: de tension "r\·'
de f e. m. E0, on realise le circuit eiectrique schernatise n..- !i!-_-LI __ -
I '1
S"""1li.'"" .l..a fi·c,0u:11·".'.._. ')-_ . t,

(.i'n p.1ace r1 e comrnu t at eur T1\J.' en posi•uL •on l)(~ '\ pw's on 1'e I: 1 __:'!ijRT:'ii/i, i u,
bascule en position (2) et en merne temps en declenche
! i '.
uconmsm·v' esteorrnigeinde'adccuu, tiesmitiposn. de donnees a u.ne date p· rise ,! i,iI
I!L------ •

Fiqure:e.

1 °/ Quel est le phenomene physique qui se produit dans le circuit au moment ou K est ea

position (2)? Justifier la reponse,

2°/ L'equation differentielle qui regit les variations de la tension Uc aux bornes du

dt-;-d.2uc

d2t
condensateur peut secrire sous ta forme : ..!.. a due ,. =0
f3uc
i

Determiner i' expression de a et celle de ~ en fonction des donnees de I'exercice.

p._8/ dDeorCm·, eLr., UI'cexeptre1. sosi.o:' n redpere.sIe'ennreerg·iii·eintenelsei•ctetr, iqduue E du e.c.liercctunit.queRLqCm. cein.rcufo1 encdtiaonns
courant

le circuit.

b 0.1 E.~ta bl.ir que dE = -(R ·+ r)i2.
dt
Interpreter cette relation.

4°/ Les courbes cc la cfoiguurrse-3d-u
repre,senrent 11·,·evo111. :t1•0n au

temps de I' energie electrique E et de

la tension Uc,

aO/ Determiner graphiquement et

a t = 0. l enerz......i. e eiectricJu.. e E-..l~

la tension UJ aux bornes du
condensateur et la pseudo .
ns: eriode T. En deduire la valeur
de C et celle de E0.

=bo/ En se servant de la courbe
E f(t) et de la tangente (Li),
trouver a'l ia dJate t2 = -o::. i1~'ur-··?s i1 a

valeur de I'energie magnetique

EL emrnagasinee dans la bobine

·-------· ----- -- ------- - --

3lL

s., ooraehs;slrsncoirqoece,tu-ipalcrerbneeseil,nlseàtc:dinclrcie1,eieidfapcciqrnictu,{ie;usceen:urtslcertiecttné,ert];-elérersh-lcc,etrrc'iae'tlirrqaiiqrara-iii,lieeéopn=adisrgi;."eiaE.ILo5:rn'1nlc5d.O'-..étUcrcRgroisuurinrdereeput-r2lérai-eteemvera"ntprlecsenulirolrtiLeaudbirleaule<Latei'iurnfféSédgirÙueiIl1,ncrtieUis,c6cuc'i;o'O'onnsendcnuiOtlc-lab1tett-iierotreit-srr;ii

cûi'respondants.

§Xg,cfee ë"? {4,25 Pointsi

4. i,aide ,J'une bob,i:re d'in,juctancr: l, et c're résistal^,ce ff
iniel::c i, c'Lr;i *-onilucter:r oh:::ique de résistiince R', d'ilh
ciipôle généi.ateur iciéal ie tensi.on rie f. i. rn. E et d'un ,i

interr.rpteur K, orr réaiise le circuit éiecf.rique -sché:iatisé sur I! t À

la frgure-:}-. Ao I'instant de' date t = 0, oll fei-ine L

f interrupteltr I'i- tta

1o/ Préciser Ie phén.cniène prli;,'5ique qui se proclr'rit daiis ie j4,
circuit éiect:'ique'ju documenl-2- page 5i5'
r
?'/ Err appliqr-la;ri ia loi des lnaiiles, nronlrei qt":: régirae
pernlanenl i'itrrens;té Cu courant est i =: * et le I

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àî;ensicp ?":..rx bo5nes de Ie i:obine est l-i5 = au cÛurs Cu tenips de f i::tensité i clu
-,'ariaticns
JI I-'équaiicn ciilîérentieile qur régi'. ies tt gp + i=' ii avcc Ct et G sont Ccs
couiiant élec.,riqi,re ueut s'écriie so'-is ia fi:r;ne t

constanles pos iti';es"

anj Ex.p-r.n:er.« ei B en foliciicir,Ces données Ge i'e:;et'cîce- QUe reirrésente s' pûur le

cil'curir I.:L étuclé. --F(j-e - -R-_rr-r 't). el_

b"l Qr-ieile esï panni les fcnciiorrs sttivantes j(ï) R+r'

'ii\t-''rt : -RI+-:- e-Tt celle qui constitue r:ne sc,lut,on ae l'équaticn diftërentieiie

-r.ro:rvée ? Jusilfier 1a réPonse.

,+"i ï;n svstôine d'acquisition non représenté:-rur la l-igure-3- suit l'ér'oiution au cours cui

relnïls i.e la tension u6(tr) au:< bcn:es cle ia bol-rir:e et d,e I'ir.tensiré i du couiai;l

électr-ique. on r:btient ies courbes du docunrerrt*2- page 515
aoi i)étern:iner, graphyquet:rent, il':, t'aleurs I,ÏJb, E *t ia conslimie cle tentps'r CLi

diPÔte I{-L.

b"r'En deduiire r, R, et L

Do/ I]onner. en ionction dutemps, i'expressicn de latensioi'l ?.lr âux borrres du résisl'or et

représenter son allure sur le tjocurr;.ent-2- de la p:rge 5i5 't

3=q. ZZV4û485 : .r*'<ir -4 rslir ,*i ;3§ jtjJl ʧ.l)4"*-il â--'L"c çi:r= 18 a''':S' -I. {'l

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Eprearve §ctences FÂ,lys Eq ue 0écemâre 2û11 f,#. Abdmouleh I

DevoEr dæ sSrnthèse Ë{ab§l l

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I cee H#di Chaker §fax
Epneuve §ciences Fhyslque
Décen'rhre 2011 M. Ahdrnouleh
Nabil
Nom Prél-.orn :
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I IAvrII In 93 SF,'ÀX Devoin ctrc s uthèse n"tr Ànvréc scolnire 201 1 l2t1?-

Date 9-1 2-201 1 Sciences ues Ctrasses : 4è-'Tec-Math

cHIMTE: (7ets)

ffi;if;dlunExercice n"L : esrer (E) de formule brute CrHaoz donne un alcool (A) et un acide carboxylique CB)
:-f2 ssnstante d'équililburrge rlLelalautyive oà vcLeLttrev rvéuavcrrtviorrn est K = (trS),

La temperature du milieu réactionnel reste constante durant la réaction chimique qui se termine après 2 heures
formules semidéveloppées l'équation de la reaction d'h-vdrolyse sachant que
D p"fu; en utilisant les (A)

est un alcool secondaire
2) a- Donner à pa*ir des données les caractères de cette réaction'
r0b.Comment peut-on accélérer cette reaction chimique ?

3) Dans une première expérience on part à d_'un mélange équimolaire contenant nr mol de l'ester G) et
n1 mol d'êau- a t'equifiUre on obtient 2'10-2 mol d'aicool'
a_ Dresser Ie tableau descriptif de la réaction d'hydrolyse.

b- Déterminer nr
c- En déduire la composition du méiange à l'équilibre'

4) Dpdaé-t"eCiramulncineuetedr relaulervitèaamiueexurded'xaupvéatarniuec-rxeicmde'eaonvntanfpicnaeratmltàeçnF' t0ded'ulanrérnaéciatinognelo.orsnqui.enx*t:.0i0!-25-mol de I'ester (E). 2-10-r mo! de

si l'alcool (A) et 2JA-2 mol de l'acide (B)'

2- lans quel sens évolue ce système chimique?
b- Calculer le pourcenrage Ce i'esler dans le rnéiange lorsque i'équilibre est atteint.
c- O1l,eut augmenter ce pourceïtlÀge obtenu à 1'équilibre. En utilisant Ia fonction des concentrations-

dire si à l'équilibre il faut a_iouter ou din:inuer la quantité d'eau.

Exercice nlZ : I 3= réagissent avec les ions B - pour donner les ions C
,13* + B - +-+ fi 2*
En solurion aqueuse les ions

stlcn l'équatiDn :

L3 consranre d'équilibre relatire à cette réaction esl Id': 10i10 à itne tempéral.rrc T-

l) A r:0 et à ia tempéraiure T. or nolmrrnéelaYng:e:{520.1m0-Li .rnol d'ions ,4 i' avec 2.10r mol ri'it-.ns B -
On obtient une soiutio;l cle

a- Dresser ie tabtreau desuriptif de cette réaction. l'avancement x.

2) b- Drtnner I'expression de la fonction des ccncenEations en tbnctton de cle rnoles d'ions C^ 2-

: -Sachant qu'à t r1 le nombre Ce nroles cl'ions B est égalvHnirUt.

a- Le système est- il en état d'équilibre chimique à I'instant de date t1?

b- Déter,ainer Ia composition du méianse à l'écr-rilibre chimique.
3) Arr nrélange ob...enu à I'eqirilihrÈ on ajoLrt('sans rcriation cie voittme à la ter,rp"<raR:rc T
2*10 -5 mol d'ions C et 10 -s nrol d'ions B -
i'ta- Commeni varie ie nonrbre cle molesr.f ions .{ cians ce ntc<}ange? Justifier.

b- Détern:iner la uou';e!1 s ^^rr:ô,\.-it;n^ ri': :-rrjli,9r.nn.. lÀv lcrsque 1'équilibre est alieini slchanl ':l'-r.'

le nombre de nroies d :ions totirl à l'énuilit,re est égai à 3,7.1-10-{mol .

PHY'SI J -v A

Erercice n"l : )4 {1.

Un circuit est conrposé d'un générateur de trnsion constante E, d'une bobinc F:

d'inductance L:0J H et de Ésistance r, d'un intemrpteur K, de deux I rÀ
I

conducteurs ohmiques Rr: 200 Ç) et R2 inconnue et une diode (Figure 1) i
I

I

A wr instant pris comrne origine des temps on ferme K et on suit avec un R: ^I

oscilloscope à mémoire l'évolution au cours du temps de la tension rr^, (/) B

aux bornes de Ri et la tension u s(t) aux bornes de la bobine. On obtient les figure n" 1
enregistrements de la hgure 2. '

) a- IvIonUÈr que I'OSCillograurûte (a) con'csPouiJ à Ia lersion ri n, (I ) le circuit
est I'inJluence de la bobine lors de l'établissement du courant dans
I b- euelle l'équation différentielle régissant l'évoiution de la tension u*, (t ) ' ?
a- Ètablir

t

F La solution de cette équation différentielle est : ur, (t) - U | ' I -e t

Déterminer les expressions des constantes U1 et 7 '

*i) a- Déterminer graPhiquement :

La fe m E du générateur'
*
* L'intensité du courant en regime perrnanent' en régime pernanent. Déduire ]a valeur de r i
La valeur de Ia tension aux bornes de la bobine i
* La constante de temPs 7 '
b- Dédufue de deux façons ia valeur de R:' I
t) calculer l'énergie emrnagasin$g dnns la boirlne en régime P€rmânenL I
0, on ouwe l'intemrpteur K
t':i) Le régime perrnanent etant établi. A une nt.'':r'elle origine des temps i
constante de ten'.-s 7 r du dipole AB-
a- Donner I'expression de Ia da-irs Ie dipôie AB ? Justifier I
b-. le plus rapide , I'ér:,i-]i55gment ôu la rupture du courant I
c- euel est le phénomène la les points remarquables
iension u*, (t) i:, cours de cette ruprure e-n précisant :
Représenter I'allure de
1

I

i

d- Que se passe -t-il pour l'énergie qui était .ins la bobire ? calculer la partie qui apparaît dans chaque dipole.

rtslo.ïxs

__ifigure 2

o

4_-i-

0 2 ia

Exercice ncZ :

i.c- l,o'rasc perûlettant d'éiudier expérimerrtr,..:ireni ]es oscillatii;ns lil-;res d"irn circ'.lit R.LC séie ccrnpcrte

*Un générateur idéal de tension de f e m consli)nte E:lS\/' -t- I-r L

:+Un condensateur de capacité C 4 pF . E I

n Une bobine purement inductive d'inducuurcc I-= 1 H.
* Un résistor de résistance R:'254 A .

+ Un cornmutateur K. (voir figure ci-contre) B

On charge complèternent le condensateur- }I

.Exercice n"3 : Une larnpe rie poche qui ne nécessite aucune pile

En 1821 M. Faraday a déeouvert l'induction élecbromagnétique: Le principe générai est qu'un aimant

I pâssant dans un bobinage de fll produit un courânl
i

i La lampe à industion est une lampe de poche qui ne nécessite aucune pile.

I Cette lampe se charge en la secouant Il n'est pas nécessaire de secouer avec force ry12i-s plutô-t avec

régularité. L'objeclif est d'obtenir le déptacernent de faimant principal a travers le bobinage.

Le rnouvement de.vas et vient de I'airnanI lorsclue on secouê Ia lampe produil une énergie qüi.est

ti-ansformée en électricité .L'énergie électrique produite est alors.stockée dans un condensateur'capable

de 1a ccnserver pendant des mois et capable d'êrre rechargé plus d'un million de fois.

Le ccpdensateur se charge puis se décharge dahs une diode électroluminescente [DELJ. La DEL à utte

il dlrée cle rie estimée d'au moins 50 000 heures, même exposée à des chocs répétés.

il

La iarnpe à induction peut déli',zrei- rie 30 à 50 ;ninutes de ]uminosité pour 20 à 30 min ci'agitation

il

De ce fait la "l'ilghr Star-" foui-nira tcujours une lumière efficace sa.ns utiliser de piie ni nécessiter Ie ;l
ir chan emeilf ,j'aucune pièce T
ir
'I

Secouer : agiter rapidement et plus'ieurs fois.

Ouestions:

i ) Ei;pliquer le phénomène ph,v-sique origine du co'.tranL dans ia lamp:.

2; Préciser i'inducietLr ei I'inCuit darrs cefte lampe.

3) Quelles sont les lbrmes d'énergie qui apparaissent dans cette la::tpe. Justifier. t'raditionnelle
.i) Donner rapport à une lr,rnp.: dc- poche
lei avantages d'une- iampe à indtrction pilr

t/ À t- 0, on bascule K sur Ïa Position

On observe, sur l,oscilloscope, Ia tension up(t) aux bornes du resistor (t-lgure 3)'

l) a- Pourquoi la tension up(t) est dite grandeur oscillante?

b- De quel régime oscillaroire s'agiril ? Justifier'
2) Etablir l,équation différentielle régissant liévolution temporelle de la tension uc'-

f0'3) a- Calculer la valeur algébrique de la charge Qr.,r de lnarmattxe M du condensateur à f instant

5- Déterminer la pseudo-period.e T des oscillations puis la comparer à To periode È.op.e du même osciliateur

non amorti. comment peut-on qualifrer cet amortis**îir,?,,,

Lc- pour, = lo ,',f4.1-l , q.r"t est le signe de I'intensité du courant' ' un(t )

dans le circuit? Représenter sur un schéma le sens de i el le t (urs)

sens de déplacement des éiectrons dans le circuit RIC fermé.

4) a- Donner I'expression de i'énergie totaie El dans Ie c'rcuit, puis

monfrer qu'elle diminue au cours du temps'

b- sous queiles fornles se trouve l'énergie dans I'osciilater:r à :-..-§ Figure-3-

chacune des dates h-:40 et t,: I ?

c- calculer la variation de l'énergie dans I'oscillateur entre les

deux instans h et t1 lnterpréter cette variation'

d- Sachant que i'osciliateur perd 6 "/, de son ént-rgie chaque demi-oscillation:

t:- Caiculer l'énergie totale de l'oscillateru'à T'

- Déduire la valeur dc- la t(:nsion a». bcrnes liu cc",ndensaleur à cette iiate.

nI / Dans unc 2"" expéi-ierrce. on réalise un ci'-ctrit (l-, C) fi>r-mé par ic conic:sati:urje teplc;li' (- -4 uF
chiugé sous la tension U:l0V et la bobine :-lrcmenr. inducti tl'intluctante L:i I-l

I) Quelie est la nature des osciiiations electriques dans ce circuit ?

Z) a- Etablir l,équation difiëreniieiie régissant l'évolution temporelie de ia charge q du condensateur.

b- I-a solution rle cette équation difiérentieile est : Q(t) =Q*,, sin (too t + 9q)

Déterminer les valeurs de o0,Q,r, et (ps ,en prenanl pour crigine des temps I'instant otl q= - Qmar.

c- I)éterminer 1'expression de i'intensité du courani dans le circuit.

3) a- i\4on'|f.er que l'énergie tota]e se conser\'e, caicuier sa vaieu-r-

b- Donner les expressions,le Eç (énergie électrostatiq,iel ùt de E; (én.'rgie mag.nétique) erl Èrtctitrn d': lr
charge q dtr cond*nsateur. Pour quelles valeurs de q a-t-on Eç:E1?

c- Représenter les courbes de Ec et de El en fonction de q en précisant ies points remarquables.

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