Physique - Chimie

Données Générales
Programme Académique	Formation ECAM LaSalle Cycle Préparatoire Arts et Métiers			Responsable(s) Module : GOURMANDIE Vincent,JUILLET Perrine,LE MARECHAL Jean-François
Type d'EC : Cours	Physique - Chimie (LIIA&m02EPhysique-chimie)
TP : 28h00 Cours : 84h00 Durée totale: 112h00	Statut Obligatoire	Periode Semestre 2	Langue d'enseignement : Français

Objectifs Généraux
Cette unité d'enseignement a pour objectif de donner aux étudiants une solide formation et une bonne maîtrise des outils théoriques et expérimentaux concernant principalement la physique qui met en jeu la thermodynamique et le magnétisme, et la physique comprenant atomistique et cinétique chimique. Les compétences conceptuelles que l'étudiant devra développer sont : - savoir modéliser une transformation mettant en jeu des gaz parfaits (isotherme, isobare, isochore, isentropique) - savoir modéliser les changements d'un corps pur (diagramme p-T, p-v-T, loi de Laplace) - savoir modéliser une machine thermique et savoir calculer son rendement (machine monotherme, ditherme, pompe de chaleur) - savoir utiliser le modèle cinétique de gaz parfait pour définir l'énergie interne - savoir reconnaitre une force conservative et l'énergie potentielle correspondante - savoir calculer le travail et la puissance d'une force - savoir utiliser les théorèmes de l'énergie cinétique et de l'énergie mécanique - savoir reconnaitre un équilibre stable ou instable en dérivant l'énergie potentielle - savoir utiliser le principe fondamentale de la dynamique dans le cas de particules chargés d'un champ E ou B constant et uniforme - savoir définir un champ magnétique et savoir lire une carte de champ magnétique - connaitre la définition de moment magnétique. - connaitre les actions d'un champ magnétique (résultante et puissance des forces de Laplace) - connaitre les lois de l'induction - savoir modéliser un circuit fixe dans un champ magnétique qui dépend du temps - savoir modéliser un circuit mobile dans un champ magnétique stationnaire - savoir reconnaitre et justifier les principales propriétés des éléments chimiques à partir du tableau de Mendeleïev - savoir décrire les propriétés d'un solvent (polarité, proticité) afin de prédire la solubilité des composés - savoir décrire les principales forces intermoléculaires (van der Waals) - savoir représenter l'évolution temporelle d'une réaction chimique (ordre, dépendance avec la température) Les compétences techniques que l'étudiant devra développer sont : - savoir mesurer une chaleur - savoir prendre en compte la pousse d'Archimède et des frottements fluides dans une expérience - savoir modéliser et étudier un réseau électrique

Objectifs Généraux

Cette unité d'enseignement a pour objectif de donner aux étudiants une solide formation et une bonne maîtrise des outils théoriques et expérimentaux concernant principalement la physique qui met en jeu la thermodynamique et le magnétisme, et la physique comprenant atomistique et cinétique chimique.

Les compétences conceptuelles que l'étudiant devra développer sont :
- savoir modéliser une transformation mettant en jeu des gaz parfaits (isotherme, isobare, isochore, isentropique)
- savoir modéliser les changements d'un corps pur (diagramme p-T, p-v-T, loi de Laplace)
- savoir modéliser une machine thermique et savoir calculer son rendement (machine monotherme, ditherme, pompe de chaleur)
- savoir utiliser le modèle cinétique de gaz parfait pour définir l'énergie interne
- savoir reconnaitre une force conservative et l'énergie potentielle correspondante
- savoir calculer le travail et la puissance d'une force
- savoir utiliser les théorèmes de l'énergie cinétique et de l'énergie mécanique
- savoir reconnaitre un équilibre stable ou instable en dérivant l'énergie potentielle
- savoir utiliser le principe fondamentale de la dynamique dans le cas de particules chargés d'un champ E ou B constant et uniforme
- savoir définir un champ magnétique et savoir lire une carte de champ magnétique
- connaitre la définition de moment magnétique.
- connaitre les actions d'un champ magnétique (résultante et puissance des forces de Laplace)
- connaitre les lois de l'induction
- savoir modéliser un circuit fixe dans un champ magnétique qui dépend du temps
- savoir modéliser un circuit mobile dans un champ magnétique stationnaire
- savoir reconnaitre et justifier les principales propriétés des éléments chimiques à partir du tableau de Mendeleïev
- savoir décrire les propriétés d'un solvent (polarité, proticité) afin de prédire la solubilité des composés
- savoir décrire les principales forces intermoléculaires (van der Waals)
- savoir représenter l'évolution temporelle d'une réaction chimique (ordre, dépendance avec la température)

Les compétences techniques que l'étudiant devra développer sont :
- savoir mesurer une chaleur
- savoir prendre en compte la pousse d'Archimède et des frottements fluides dans une expérience
- savoir modéliser et étudier un réseau électrique

Contenu
1. Champ magnétique a) Sources de champ magnétique ; cartes de champ magnétique. b) Lien entre le champ magnétique et l'intensité du courant. c) Moment magnétique. 2. Actions d'un champ magnétique a) Résultante et puissance des forces de Laplace s'exerçant sur une barre conductrice en translation rectiligne sur deux rails parallèles (rails de Laplace) dans un champ magnétique extérieur uniforme, stationnaire et orthogonal à la barre. b) Couple et puissance des actions mécaniques de Laplace dans le cas d'une spire rectangulaire, parcourue par un courant, en rotation autour d'un axe de symétrie de la spire passant par les deux milieux de côtés opposés et placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire orthogonal à l'axe. c) Action d'un champ magnétique extérieur uniforme sur un aimant. Positions d'équilibre et stabilité. d) Effet moteur d'un champ magnétique tournant. 3. Lois de l'induction a) Flux d'un champ magnétique. Flux d'un champ magnétique à travers une surface s'appuyant sur un contour fermé orienté. b) Loi de Faraday. Courant induit par le déplacement relatif d'une boucle conductrice par rapport à un aimant ou un circuit inducteur. Sens du courant induit. Loi de modération de Lenz. Force électromotrice induite, loi de Faraday. 4. Circuit fixe dans un champ magnétique qui dépend du temps a) Auto-induction. Flux propre et inductance propre. b) Étude énergétique. Conduire un bilan de puissance et d'énergie dans un système siège d'un phénomène d'auto-induction en s'appuyant sur un schéma électrique équivalent. c) Cas de deux bobines en interaction. Inductance mutuelle entre deux bobines. Circuits électriques à une maille couplés par le phénomène de mutuelle induction en régime sinusoïdal forcé. Transformateur de tension. d) Étude énergétique. Conduire un bilan de puissance et d'énergie. 5. Circuit mobile dans un champ magnétique stationnaire a) Conversion de puissance mécanique en puissance électrique. Rail de Laplace. Spire rectangulaire soumise à un champ magnétique extérieur uniforme et en rotation uniforme autour d'un axe fixe orthogonal au champ magnétique. Freinage par induction b) Conversion de puissance électrique en puissance mécanique. Moteur à courant continu à entrefer plan. c) Haut-parleur électrodynamique. 6. Atomistique Introduction historique, l’atome quantique, configuration électronique, multiplicité de spin, orbitales atomiques. 7. Molécules Description de la liaison chimique (approche de Lewis, initiation à l’approche orbitalaire), théorie V.S.E.P.R, géométrie de molécule à atome centrale et géométrie des molécules organiques, moment dipolaire. 8. Interaction intermoléculaires et solvant Interaction de van der Waals (Keesom, London, Debey, liaison hydrogène), relation entre interaction moléculaire et cohésion de l’état condensé, description d’un solvant (polarité, constante diélectrique, proticité), généralité de la réaction acido-basique en solvant non aqueux, thermodynamique de la dissolution, solvatation. 9. Cinétique chimique Vitesse de réaction, relation avec la stœchiométrie, ordre d’une réaction, loi de vitesse, loi d’Arrhenius.

Contenu

1. Champ magnétique
a) Sources de champ magnétique ; cartes de champ magnétique.
b) Lien entre le champ magnétique et l'intensité du courant.
c) Moment magnétique.

2. Actions d'un champ magnétique
a) Résultante et puissance des forces de Laplace s'exerçant sur une barre conductrice en translation rectiligne sur deux rails parallèles (rails de Laplace) dans un champ magnétique extérieur uniforme, stationnaire et orthogonal à la barre.
b) Couple et puissance des actions mécaniques de Laplace dans le cas d'une spire rectangulaire, parcourue par un courant, en rotation autour d'un axe de symétrie de la spire passant par les deux milieux de côtés opposés et placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire orthogonal à l'axe.
c) Action d'un champ magnétique extérieur uniforme sur un aimant. Positions d'équilibre et stabilité.
d) Effet moteur d'un champ magnétique tournant.

3. Lois de l'induction
a) Flux d'un champ magnétique. Flux d'un champ magnétique à travers une surface s'appuyant sur un contour fermé orienté.
b) Loi de Faraday. Courant induit par le déplacement relatif d'une boucle conductrice par rapport à un aimant ou un circuit inducteur. Sens du courant induit. Loi de modération de Lenz. Force électromotrice induite, loi de Faraday.

4. Circuit fixe dans un champ magnétique qui dépend du temps
a) Auto-induction. Flux propre et inductance propre.
b) Étude énergétique. Conduire un bilan de puissance et d'énergie dans un système siège d'un phénomène d'auto-induction en s'appuyant sur un schéma électrique équivalent.
c) Cas de deux bobines en interaction. Inductance mutuelle entre deux bobines. Circuits électriques à une maille couplés par le phénomène de mutuelle induction en régime sinusoïdal forcé. Transformateur de tension.
d) Étude énergétique. Conduire un bilan de puissance et d'énergie.

5. Circuit mobile dans un champ magnétique stationnaire
a) Conversion de puissance mécanique en puissance électrique. Rail de Laplace. Spire rectangulaire soumise à un champ magnétique extérieur uniforme et en rotation uniforme autour d'un axe fixe orthogonal au champ magnétique. Freinage par induction
b) Conversion de puissance électrique en puissance mécanique. Moteur à courant continu à entrefer plan.
c) Haut-parleur électrodynamique.

6. Atomistique
Introduction historique, l’atome quantique, configuration électronique, multiplicité de spin, orbitales atomiques.

7. Molécules
Description de la liaison chimique (approche de Lewis, initiation à l’approche orbitalaire), théorie V.S.E.P.R, géométrie de molécule à atome centrale et géométrie des molécules organiques, moment dipolaire.

8. Interaction intermoléculaires et solvant
Interaction de van der Waals (Keesom, London, Debey, liaison hydrogène), relation entre interaction moléculaire et cohésion de l’état condensé, description d’un solvant (polarité, constante diélectrique, proticité), généralité de la réaction acido-basique en solvant non aqueux, thermodynamique de la dissolution, solvatation.

9. Cinétique chimique
Vitesse de réaction, relation avec la stœchiométrie, ordre d’une réaction, loi de vitesse, loi d’Arrhenius.

Prérequis
Cours de physique du semestre 1 Notions de température, chaleur et pression Notions sur le modèle du gaz parfait Notions sur la classification périodique Notions sur le champ magnétique

Bibliographie
1) Physique MPSI-PTSI 1re année, David Augier, Christophe More 2) Slides et notes du cours 3) Expériences de chimie, ed. Dunod Collection Je prepare, Flore Dunac, Jean-François Le Maréchal

Évaluation(s)
N°	Nature	Coefficient	Objectifs
1		2	Devoir écrit
2	TP	1	6 comptes rendus
3	Contrôle continu	1	8 contrôles continus