Physique - Chimie

Données Générales
Programme Académique	Formation ECAM LaSalle Cycle Préparatoire Arts et Métiers			Responsable(s) Module : ATLI Halil-Atilla,GOURMANDIE Vincent,JUILLET Perrine,LE MARECHAL Jean-François
Type d'EC : Cours	Physique - Chimie (LIIA&m01EPHYCHI)
TP : 28h00 Cours : 84h00 Travail personnel : 90h00 Durée totale: 202h00	Statut Obligatoire	Periode Semestre 1	Langue d'enseignement : Français

Objectifs Généraux
La formation a pour objectif de permettre à l'étudiant d'acquérir des connaissances théoriques et pratiques à la fois en physique et en chimie. Pour trois quarts du temps cette unité d'enseignement est consacré à la physique qui met en jeu des grandeurs scalaires (tension, courant, puissance) et des grandeurs vectorielles (cinématique et principe fondamental de la dynamique : vitesse, accélération, force) et, pour un quart du temps, il est consacré à la physique des solutions aqueuses. Les compétences conceptuelles que l'étudiant devra développer sont : - savoir dériver en coordonnées cartésiennes et polaires les vecteurs position et vitesse - savoir faire un bilan des forces pour un système et à l'équilibre ou en mouvement - savoir trouver l'équation horaire d'un mouvement tant en cinématique qu'en dynamique - savoir lire et reconnaitre les éléments d'un réseau électrique - savoir résoudre un réseau en régime permanent, transitoire et en régime sinusoïdal - savoir utilisation des grandeurs complexes en régime sinusoïdal - calculer des courants et des tensions à l'aide des lois et des théorèmes fondamentaux de l'électricité - savoir modéliser des transformations chimiques (acides basiques, oxydoréducteurs, précipitation) par l'intermédiaire de la théorie d'équilibre chimique. Les compétences techniques que l'étudiant devra développer sont : - savoir étudier un mouvement à l'aide de la chronophotographie - savoir réaliser des titrages suivis par colorimétrie, potentiomètrie et conductimétrie - savoir résoudre des équations différentielles simples (oscillateur harmonique, équations à variables séparables, équations avec second membre constant) - savoir linéariser des données avec un graphe - savoir utiliser des appareils de mesures de grandeurs électriques telles que : courant, tension, résistance, capacité, inductance... - savoir réaliser des mesures électriques pour un circuit en différent régime : transitoire et sinusoïdal - savoir rédiger un compte-rendu de TP selon le modèle d'un article scientifique

Objectifs Généraux

La formation a pour objectif de permettre à l'étudiant d'acquérir des connaissances théoriques et pratiques à la fois en physique et en chimie. Pour trois quarts du temps cette unité d'enseignement est consacré à la physique qui met en jeu des grandeurs scalaires (tension, courant, puissance) et des grandeurs vectorielles (cinématique et principe fondamental de la dynamique : vitesse, accélération, force) et, pour un quart du temps, il est consacré à la physique des solutions aqueuses.

Les compétences conceptuelles que l'étudiant devra développer sont :
- savoir dériver en coordonnées cartésiennes et polaires les vecteurs position et vitesse
- savoir faire un bilan des forces pour un système et à l'équilibre ou en mouvement
- savoir trouver l'équation horaire d'un mouvement tant en cinématique qu'en dynamique
- savoir lire et reconnaitre les éléments d'un réseau électrique
- savoir résoudre un réseau en régime permanent, transitoire et en régime sinusoïdal
- savoir utilisation des grandeurs complexes en régime sinusoïdal
- calculer des courants et des tensions à l'aide des lois et des théorèmes fondamentaux de l'électricité
- savoir modéliser des transformations chimiques (acides basiques, oxydoréducteurs, précipitation) par l'intermédiaire de la théorie d'équilibre chimique.

Les compétences techniques que l'étudiant devra développer sont :
- savoir étudier un mouvement à l'aide de la chronophotographie
- savoir réaliser des titrages suivis par colorimétrie, potentiomètrie et conductimétrie
- savoir résoudre des équations différentielles simples (oscillateur harmonique, équations à variables séparables, équations avec second membre constant)
- savoir linéariser des données avec un graphe
- savoir utiliser des appareils de mesures de grandeurs électriques telles que : courant, tension, résistance, capacité, inductance...
- savoir réaliser des mesures électriques pour un circuit en différent régime : transitoire et sinusoïdal
- savoir rédiger un compte-rendu de TP selon le modèle d'un article scientifique

Contenu
1. Cinématique Rappels de mathématiques (tracé d’une courbe en coordonnées cartésiennes et polaires), différence entre trajectoire et mouvement, représentation d’un mouvement en coordonnées cartésiennes et polaires, référentiel, vecteur vitesse, vecteur accélération, accélération radiale et ortho-radiale. 2. Lois de Newton Rappels de mathématiques (équation différentielle). Force de contact et force à distance, bilan des forces, les 3 lois de Newton et leurs applications pour l’étude des mouvements du point matériel, portrait de phase. 3. Acido-basicité Réaction chimique totale et limitée, produit ionique de l’eau, acides fort et faible, calculs de pH, réactions acido-basiques, titrages, pH-métrie et conductimétrie. 4. Rédox Transfert d’électrons, potentiel rédox, réaction d’oxydoreduction, titrages, électrodes et mesure de potentiels redox. 5. Précipitation Solubilité, précipitation, produit de solubilité, réaction de précipitation et de redissolution, titrage. 6. Propagation d'un signal a) Onde progressive, interférences entre deux ondes acoustiques ou mécaniques de même fréquence, Ondes stationnaires mécaniques, b) Diffraction à l'infini. 7. Introduction au monde quantique Dualité onde-particule pour la lumière et la matière. Inégalités de Heisenberg. 8. Circuits électriques dans l'Approximation des Régimes Quasi Stationnaires (ARQS) Théorèmes généraux : Lois de Kirchhoff, théorème de superposition, théorèmes de Thévenin et Norton. Régimes transitoires : circuits L, R, C. Energies stockées. Charge électrique, intensité du courant. Potentiel, tension. Dipôles : résistances, condensateurs, bobines, sources décrites par un modèle linéaire. Puissance. Circuit linéaire du premier ordre. Régime libre, réponse à un échelon. Stockage et dissipation d'énergie. 9. Oscillateurs amortis Circuit RLC série et oscillateur mécanique amorti par frottement visqueux. Régime sinusoïdal forcé, impédances complexes. Oscillateur électrique ou mécanique soumis à une excitation sinusoïdale. Résonance. 10. Filtrage linéaire a) Signaux périodiques. b) Fonction de transfert harmonique. Diagramme de Bode. c) Notion de gabarit. Modèles simples de filtres passifs : passe-bas et passe-haut d'ordre 1, passe-bas et passe-bande d'ordre 2. 11. Thermodynamique a)États de la matière, gaz parfait, modèle cinétique du gaz parfait. b)Premier et deuxième principes de la thermodynamique. Transformation physique, calcul des variations des grandeurs U, H, S, Q et W. Capacités thermiques. Loi de Laplace. c)Changement d’états du corps pur, diagrammes de phases, enthalpie et entropie du changement d’état, tables de vapeur. d)Machines thermiques, impossibilité du moteur monotherme, moteur ditherme, pompe à chaleur ; calcul de rendement et d'efficacité.

Contenu

1. Cinématique
Rappels de mathématiques (tracé d’une courbe en coordonnées cartésiennes et polaires), différence entre trajectoire et mouvement, représentation d’un mouvement en coordonnées cartésiennes et polaires, référentiel, vecteur vitesse, vecteur accélération, accélération radiale et ortho-radiale.

2. Lois de Newton
Rappels de mathématiques (équation différentielle). Force de contact et force à distance, bilan des forces, les 3 lois de Newton et leurs applications pour l’étude des mouvements du point matériel, portrait de phase.

3. Acido-basicité
Réaction chimique totale et limitée, produit ionique de l’eau, acides fort et faible, calculs de pH, réactions acido-basiques, titrages, pH-métrie et conductimétrie.

4. Rédox
Transfert d’électrons, potentiel rédox, réaction d’oxydoreduction, titrages, électrodes et mesure de potentiels redox.

5. Précipitation
Solubilité, précipitation, produit de solubilité, réaction de précipitation et de redissolution, titrage.

6. Propagation d'un signal
a) Onde progressive, interférences entre deux ondes acoustiques ou mécaniques de même fréquence, Ondes stationnaires mécaniques,
b) Diffraction à l'infini.

7. Introduction au monde quantique
Dualité onde-particule pour la lumière et la matière. Inégalités de Heisenberg.

8. Circuits électriques dans l'Approximation des Régimes Quasi Stationnaires (ARQS)
Théorèmes généraux : Lois de Kirchhoff, théorème de superposition, théorèmes de Thévenin et Norton.
Régimes transitoires : circuits L, R, C. Energies stockées.
Charge électrique, intensité du courant. Potentiel, tension. Dipôles : résistances, condensateurs, bobines, sources décrites par un modèle linéaire. Puissance.
Circuit linéaire du premier ordre.
Régime libre, réponse à un échelon. Stockage et dissipation d'énergie.

9. Oscillateurs amortis
Circuit RLC série et oscillateur mécanique amorti par frottement visqueux.
Régime sinusoïdal forcé, impédances complexes.
Oscillateur électrique ou mécanique soumis à une excitation sinusoïdale. Résonance.

10. Filtrage linéaire
a) Signaux périodiques.
b) Fonction de transfert harmonique. Diagramme de Bode.
c) Notion de gabarit. Modèles simples de filtres passifs : passe-bas et passe-haut d'ordre 1, passe-bas et passe-bande d'ordre 2.

11. Thermodynamique
a)États de la matière, gaz parfait, modèle cinétique du gaz parfait.
b)Premier et deuxième principes de la thermodynamique. Transformation physique, calcul des variations des grandeurs U, H, S, Q et W. Capacités thermiques. Loi de Laplace.
c)Changement d’états du corps pur, diagrammes de phases, enthalpie et entropie du changement d’état, tables de vapeur.
d)Machines thermiques, impossibilité du moteur monotherme, moteur ditherme, pompe à chaleur ; calcul de rendement et d'efficacité.

Prérequis
Prérequis mathématiques : - vecteurs, projection, opérations, fonctions de base de dérivées, primitives - présentation graphique d'un tableau de données - manipulation des lignes trigonométriques Prérequis physiques : - notions de base sur les grandeurs scalaires et vectorielles (charge électrique, tension, puissance, vitesse, accélération, force, quantité de matière, etc.) - notions de mouvement et de trajectoire - bilan d'une réaction chimique totale - calcul d'une concentration, d'un pH

Prérequis

Prérequis mathématiques :
- vecteurs, projection, opérations, fonctions de base de dérivées, primitives
- présentation graphique d'un tableau de données
- manipulation des lignes trigonométriques
Prérequis physiques :
- notions de base sur les grandeurs scalaires et vectorielles (charge électrique, tension, puissance, vitesse, accélération, force, quantité de matière, etc.)
- notions de mouvement et de trajectoire
- bilan d'une réaction chimique totale
- calcul d'une concentration, d'un pH

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	TP	1	Les TP sont rendus et évalués.
2	Devoir écrit	1	Examen concernant l'ensemble du cours et des Travaux Pratiques (hors langage)