Catégorie : Vidéos

Les lois de Newton et leur application pour le bac S

Posted on by Cédric Lémery

La partie sur les lois de Newton est certainement l’une des plus ardues du programme de science physique de terminale S. Trois fiches de révisions (Cinématique et dynamique de Newton, application aux mouvements dans un champ uniforme, application aux mouvements des planètes et des satellites ) permettent de faire le tour de toutes les compétences exigibles correspondantes. Pour vous aider à y voir plus claires, voici des vidéos expliquant ce qu’il faut retenir. Continue reading « Les lois de Newton et leur application pour le bac S » →

Les réactions acide-base pour le bac S

Posted on by Cédric Lémery

J’ai déjà publié une fiche de révision sur les compétences exigibles concernant les réactions avec échange de protons. C’est un sujet un peu ardu et j’avais proposé un diaporama pour aider dans les révisions (vous en trouverez d’ailleurs plein d’autres en suivant ce lien). Voici la version commentée : Continue reading « Les réactions acide-base pour le bac S » →

Centrale nucléaire = Bombe ?

Posted on by Cédric Lémery

Au cœur d’une centrale nucléaire, c’est l’énergie de l’atome qui est libérée, comme dans une bombe. Cependant, il existe des différences d’ordre technologique telles qu’il est absolument impossible qu’une centrale explose comme une bombe. La preuve par l’image :

[dailymotion]http://www.dailymotion.com/video/xhlsdw_une-centrale-nucleaire-peut-elle-exploser-comme-une-bombe-y_school[/dailymotion]

Le problème avec une centrale nucléaire est la production de matériaux radioactifs ayant des conséquences dramatiques sur les organismes vivants (voir les effets biologiques de la radioactivité à court terme et à long terme). Dans une centrale, ces matériaux sont confinés dans « l’enceinte de confinement ». Les réactions nucléaires ont lieu dans l’eau, qui ralentit les neutrons et refroidit le cœur de la centrale.

Au Japon, le séisme et le tsunami qui a suivi ont endommagé les pompes qui permettent de refroidir le cœur. La production de chaleur est alors maximale et la température peut se mettre à grimper très haut de sorte à volatiliser les matériaux qui forment le cœur de la centrale. De grandes quantités de gaz sont alors relâchées dans l’enceinte de confinement et la pression se met à grimper. Parmi tous ces gaz, certains sont très réactifs avec l’oxygène de l’air, comme le dihydrogène. C’est la raison pour laquelle en cas d’incident, on peut observer des explosions, mais celles-ci sont d’ordre chimique, pas nucléaire. Lors de ces explosions, l’intégrité de l’enceinte de confinement peut être endommagée, ce qui induit la libération de matériaux radioactifs dans l’environnement de la centrale. Ce scénario catastrophe bien connu des spécialistes est celui qui a lieu en ce moment même dans la centrale Japonaise de Fukushima-Daiichi.

Remarque : la vidéo de cet article est extraite d’un site publié par LeWebPédagogique qui sera mis en ligne le 21 Mars (voir la bande annonce). L’animation pour comprendre le fonctionnement d’une centrale est diffusée par l’université du Colorado.

Que faut-il retenir de la 1ère pour l’épreuve de physique du bac ?

Posted on by Cédric Lémery

Tout bien sûr !

Mais il y a quelques sujets qui n’ont pas été traités en terminale et qui méritent qu’on y revienne.

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Commençons par la conductimétrie.

Généralement l’assistance est saisie d’effroi rien qu’à l’évocation de ce terme… Pourtant un an plus tard, ça devrait ne pas être si compliqué. Voyons ce qu’il faut retenir :

montage de conductimétrieUne solution ionique transporte du courant, on peut donc mesurer sa conductance G. Celle-ci est égale à l’inverse de la résistance (si la résistance est grande, la conductance est petite) : G=I/U. Cette grandeur s’exprime en Siemens (S, oui comme votre frigo mais c’est plutôt en hommage à Werner von Siemens). Elle dépend d’une part de la solution et d’autre part de l’instrument de mesure (surface S des électrodes et distances l entre les électrodes). C’est pourquoi on utilise généralement des cellules de conductimétrie. Cela permet d’accéder à une grandeur qui ne dépend plus que de la solution : la conductivité ? (en S.m-1).

On passe de ? à G à l’aide de la constante de solution que l’on détermine expérimentalement. Celle-ci est généralement notée k et exprimée en m-1, dans ces conditions, ?=k.G (ici k=l/S)

Si cette relation n’est pas donnée dans l’énoncé, il est demandé de la retrouver à l’aide des unités. Dans la vidéo, j’ai écrit G=k.?, dans ces conditions, k est en mètre(k=S/l).

La conductivité ? est une grandeur qui ne dépend plus que des ions en solutions, ainsi, elle s’exprime en fonction des ions présents en solution :

?=??i.[Xi]

où [Xi] représente la concentration des ions présent en solution (en mol.m-3) et ?i leur conductivité molaire ionique (en S. m².mol-1). Toute la difficulté de cette expression vient des unités de chacun de ces termes. Comme il s’agit d’une formule de physique utilisée en chimie, les concentrations ne sont plus exprimées en mol.L-1 mais en mol.m-3.
Comment fait-on pour convertir des mol/L en mol/m3 ?On multiplie par 1000. Pourquoi ? Il suffit de lire l’unité pour le comprendre : 1 mol/L veut dire « il y a une mole dans 1 L ». L’unité en mol/m3 est le nombre de mole dans 1 m3. Comme 1 m3 est égal à 1000 L, s’il y a 1 mol dans 1L, il y aura 1000 mol dans 1000L donc 1000 mol dans 1 m3. Ainsi, rappelez-vous :

1 mol/L = 1000 mol/m3

Voyons cela sur un exemple :

Dans une solution de chlorure de sodium (rappel : « solution de chlorure de sodium » = nom savant pour dire « eau salée ») de concentration en soluté apporté c=10-2 mol.L-1, [Na+]=10-2 mol.L-1 et [Cl–]=10-2 mol.L-1. Pour utiliser ces valeurs en conductimétrie, il va falloir les convertir en mol/m3 : [Na+]=10 mol.m-3 et [Cl–]=10 mol.m-3.

Dans une table, on trouve : ?Cl–=7,63.10-3 S. m².mol-1 et ?Na+=5,00.10-3 S. m².mol-1.

Ainsi, la conductivité d’une telle solution est : ? = ?Cl– [Cl–]+ ?Na+[Na+] =7,63.10-3 . 10 + 5,00.10-3 . 10 = 0,0763+0,0500 = 0,126 S.m-1.

Si l’on mesure la conductance de cette solution à l’aide d’une cellule dont la constante est égale à 100, on trouvera G=?/k=1,26.10-3 S = 1,26 mS. Autrement dit si l’on applique une tension de 1 V aux bornes de la cellule de conductimétrie, on mesurera une intensité I=U.G=1,26 mA.

Dans de prochains billets, j’aborderais les autres points évoqués dans la vidéo (équilibrer des équations d’oxydo-réduction et les notions d’énergie).

[Vidéo] L’analyse dimensionnelle

Posted on by Cédric Lémery

Après les chiffres significatifs, nous continuons les recommandations concernant l’épreuve de science physique du bac S.

L’analyse dimensionnelle est un point extrêmement important de l’élaboration des raisonnement en sciences physique. Le statut d’une équation n’est pas tout à fait le même en mathématique et en physique. Généralement, en mathématique, une égalité relie des grandeurs sans dimension (c’est à dire non mesurée). En physique, les équations relient des grandeurs « dimensionnées », c’est à dire mesurables. Ainsi, la dimension d’un des membres d’une équation doit être égale à la dimension de l’autre membre. Identifier cela est une seconde nature pour les physiciens (et les profs correcteurs du bac), et toute l’attention doit être portée sur ce point lors de la rédaction des copies. On ne peut pas écrire (par exemple) x=a où a est l’accélération. Car x est en m (mètre) et a est en m/s² (mètre par seconde au carré). C’est comme si on écrivait qu’une longueur était égale à une accélération.

L ‘analyse dimensionnelle est véritablement à la base de toute la physique, elle permet de faire des estimations des lois reliant les paramètres de l’expérience. C’est pourquoi, il est bien souvent demandé dans les sujets de bac d’effectuer une analyse dimensionnelle d’une formule donnée. En voici un exemple :

[dailymotion]http://www.dailymotion.com/video/x2606m_lanalyse-dimensionnelle-au-bac_school[/dailymotion]

Mais savoir effectuer une analyse dimensionnelle ne permet pas uniquement de répondre aux questions du sujet. Cela permet également de retrouver une formule ou de vérifier ses réponses, comme on peut le voir sur cette vidéo (il y a une petite erreur : j’écris « c » et je dis « quantité de matière », il faut comprendre « concentration »):

[dailymotion]http://www.dailymotion.com/video/x260yo_lanalyse-dimensionnelle-au-bac-part_school[/dailymotion]

Pour la petite histoire, lorsqu’en 1945, les physiciens qui travaillaient sur la bombe atomique à Los Alamos, virent la vidéo des premiers tests d’explosion nucléaire, ils purent estimer simplement l’énergie libérée par l’explosion en mesurant le temps de formation du nuage et par une analyse dimensionnelle accessible à n’importe quel étudiant de physique de niveau master alors que cette donnée était classée confidentielle !

Les chiffres significatifs

Posted on by Cédric Lémery

A l’issue d’un calcul, une grande attention doit être portée au nombre de chiffres significatifs apparaissant dans les résultats numériques. En effet, une grandeur numérique en physique n’a pas tout à fait le même statut qu’en mathématiques.

En physique il s’agit toujours de grandeurs mesurées et toute mesure est effectuée avec une certaine précision. Si je mesure la largeur d’une feuille A4 je trouverais 21,0 cm. Pourquoi préciser le zéro après la virgule ? Car la valeur mesurée est égale à 21 cm et 0 mm. Ainsi 21 cm (2 chiffres significatifs) n’a pas le même statut que 21,0 cm (3 chiffres significatifs). Puisque dans le premier cas, il y a une incertitude sur le nombre de mm qui suit alors que le second, il y a une incertitude sur les dixième de millimètre. Autrement dit, en physique, 21,0 cm = 21,0 cm +/- 0,5 mm.

Comment utiliser cette propriété des calculs numériques dans une copie de physique ? En prenant garde que le résultat d’une multiplication ou d’une division ne contienne pas plus de chiffres significatifs que la donnée qui en a le moins.

Parce qu’une vidéo vaut mieux qu’une longue page web :

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Quelques exemples d’utilisation :

2,0*8,15 = 16 alors que la calculatrice affiche 16,3

1,512e5*2,3 = 3,5e5 alors que la calculatrice affiche 347760 (=3,4776e5)