Quinzaine 4 semaine b








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date de publication30.04.2017
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MP* 1 Interrogations de physique et chimie du 14 au 18 / 11 / 2016


(Quinzaine 4 semaine B)

PHYSIQUE :
Premier principe de la thermodynamique :
Enoncé : énergie interne, son contenu physique. Enoncé du premier principe.

Exercices sur le premier principe appliqué aux gaz parfaits et aux corps condensés monophasés.

La théorie cinétique des gaz n’est pas au programme.

Utilisation de la fonction enthalpie: transformations « monobares » ; écoulements permanents (1er principe « industriel », formulation en termes de puissances et de débit en masse).
Second principe de la thermodynamique :
Calculs classiques de variations d’entropie (corps condensé monophasé, gaz parfait) à partir de l’identité thermodynamique. Bilans entropiques : entropie reçue (ou « échangée »), création d’entropie. Machines thermiques cycliques, inégalité de Clausius, cas des machines dithermes.

Description des changements d’état du corps pur, enthalpie et entropie massiques de changement d’état. Exercices sur le premier et le second principe appliqués aux changements d’état .

La formule de Clapeyron n’est pas au programme MPSI, elle sera vue en 2de année dans le cadre du cours sur les potentiels chimiques.
ETUDE DES TRANSFERTS THERMIQUES (2ème année) : cours et exercices simples :
Présentation qualitative des différents modes de transfert thermique : convection, conduction thermique et transferts radiatifs ; emploi correct du mot « chaleur ».
Transferts conductifs : étude de la conduction thermique dans les solides anisothermes, flux thermique, flux surfacique et densité de courant thermiques conductifs. Loi de Fourier.

Applications du premier principe à la conduction thermique en régime permanent (résistance thermique), en géométrie unidimensionnelle, sphérique ou cylindrique exclusivement.

Seule la résistance thermique (ou électrique) d’un barreau unidimensionnel est à mémoriser.

Régime non permanent : établissement de l’équation de la « chaleur » ou de la diffusion thermique, en géométrie unidimensionnelle uniquement. Propriétés qualitatives de l’équation de la diffusion thermique : conditions aux limites et conditions initiales , évolution qualitative du « profil thermique », relation L2 ~ D T entre les échelles caractéristiques de longueur et de temps.

Aucune méthode de résolution de l’équation de la diffusion thermique n’est supposée connue des élèves.

Transferts thermiques à l’interface paroi solide / fluide, flux thermique surfacique correspondant : loi de Newton = h ( TP - TF ). Utilisation du coefficient de transfert de surface h comme conductance surfacique.
Le corps noir et l’ étude quantitative des transferts radiatifs ne sont plus au programme

CHIMIE :

Oxydo-réduction en solution MPSI cf programme préc : cours et exercices



Diagrammes potentiel-pH : lecture et construction partielle ; domaines de prédominance des espèces dissoutes, domaine d’existence des espèces solides ou gazeuses. Dismutation des ampholytes redox instables.

THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE :


Le potentiel chimique : Cours uniquement

Définitions à partir des différentielles de U et G (identité thermodynamique); identité traduisant l’extensivité de G. La fonction F est hors programme.

Potentiel chimique d’un corps pur dans une phase, variations avec p et T (volume et entropie molaires Vm et Sm du corps pur exclusivement). Les quantités molaires partielles autres que les µi dans une phase mélange sont hors programme.

Application aux transferts d’un constituant entre phases: critère d’évolution et condition d’équilibre ; cas des changements d’état d’un corps pur à p et T constantes, formule de Clapeyron (la mémorisation de cette formule n’est pas exigible).

Potentiels chimiques : du corps condensé seul dans sa phase, approximation µi fonction de T seule ; du gaz parfait (en mélange). Etats standard correspondants. Les lois de Raoult et de Henry sont hors programme, de même que la notion de coefficient d’activité.

Questions de cours sur le programme 4B (liste non exhaustive) :
Physique :
- Contenu physique de l’énergie interne

- Premier principe de la thermodynamique appliqué aux écoulements permanents, utilisation de l’enthalpie.

- Etude descriptive des changements d’état du corps pur

- Second principe, entropie, bilans entropiques

- Machines thermiques dithermes.
- Transfert thermique conductif : flux thermique, flux surfacique , loi de Fourier, conductivité thermique, ordre de grandeur des conductivités thermiques.

- Régime permanent de conduction thermique unidimensionnel, résistance thermique d’un barreau cylindrique.

- Régime permanent de conduction thermique en géométrie sphérique ou cylindrique, analogies électrostatiques.

- Equation de la diffusion thermique à 1 dimension d’espace, propriétés qualitatives des solutions.

- Transfert thermique de surface, loi de Newton, coefficient de transfert de surface.

Chimie :


  • Description et fonctionnement d’une pile électrochimique

  • Couples redox, potentiels redox, loi de Nernst

  • Exemple de titrage potentiométrique redox.

  • Définitions du potentiel chimique, intérêt de la fonction G.

  • Sens du transfert spontané d’un constituant d’une phase vers une autre, condition d’équilibre

  • Etat standard et potentiel chimique du corps pur condensé, du gaz parfait (en mélange)

  • Potentiel chimique des constituants d’une solution idéale, d’une solution très diluée.




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