Cours 1 Bac Biof Filali Final
Cours 1 Bac Biof Filali Final
Cours 1 Bac Biof Filali Final
Exercices…
Physique
Chimie
1BAC SX - SM
Semestres : 1 et 2
Partie 2 : Electrodynamique
1
Partie 1 : Le travail mécanique et l’énergie
2
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
Cours N° 1 : Mouvement de rotation d’un solide indéformable autour d’un axe fixe
Introduction :
La Grande roue est un système qui constitué par des corps solides qui ont
un mouvement de rotation autour d’un axe fixe.
- Qu’est-ce qu’un mouvement de rotation ?
- Quelles sont les caractéristiques de ce mouvement ?
Unité de l’abscisse curviligne est le mètre (m), et de l’abscisse angulaire est le radian (rad).
3. La vitesse angulaire :
Activité 2 :
On considère un autoporteur qui peut tourner autour d'un axe fixe (𝜟).
On lié l’autoporteur par un détonateur central N et un détonateur latéral M.
On lance l’autoporteur et on enregistre le mouvement des deux points N et M pendant des
périodes de temps égales et successifs 𝝉 =𝟒𝟎 𝒎𝒔 comme le montre l'enregistrement suivant :
1. Déterminer la nature de mouvement des points N et M.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3
2. Comparer les distances parcourues par chaque point
pendant la même durée 𝝉, Que concluez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. Représenter, en utilisant même échelle, les deux
vecteurs⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑉𝑁1 et⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑉𝑀1. Que concluez-vous ?
……………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
4. Par un rapporteur, mesurer les angles ∆𝜽N et ∆𝜽M balayés par les deux points N et M pendant la durée :
Δ𝒕 = 𝒕𝒊+𝟏 − 𝒕𝒊−𝟏 =𝟐𝝉. Comparer ∆𝜽N et ∆𝜽M .Que concluez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
∆θ
5. On définit la vitesse angulaire 𝝎𝒊 par : 𝝎𝒊 = ti+1 − ti−1 .Calculer les vitesses angulaires 𝝎Ni et 𝝎Mi des points N et M.
Que concluez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
6. Calculer les grandeurs 𝑹N.𝝎N𝒊 et 𝑹M.𝝎M𝒊 et comparer ces produits avec la vitesse linéaire𝑽N𝒊 et 𝑽M𝒊. Que concluez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exemple :
…………………………………………………………………………………………
4
3. Relation entre vitesse angulaire et vitesse linéaire : La vitesse linéaire
- Vitesse linéaire : en (m/s) vitesse linéaire moyenne :
On a : ……………………………………………………………………………………………………………..
Donc :
Application 1 :
Sur une table horizontale, un mobile sur coussin d'air S est relié à un point fixe O par un fil
inextensible. On lance le mobile et on enregistre à intervalles de temps égaux τ=20 ms, les
positions successives Mi, du point M situé au centre du mobile. Le mouvement s'effectue avec
fil tendu et l'enregistrement obtenu est le suivant.
1. Calculer les vitesses linéaires V3 et V5 respectivement aux points M3 et M5.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Représenter les vecteurs vitesse V3 et V5 correspondant sur l'enregistrement.
On prendra comme échelle de vitesse : 1 cm pour 0,2 m.s-1.
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………………………………………………………………………………………………………………………………...
3. Calculer les vitesses angulaires 𝜔4 et 𝜔6 et 𝜔8 respectivement aux points
M4, M6 et M8. Que peut-on conclure ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
b. La fréquence :
la fréquence f d’un mouvement de rotation uniforme est ……………………………………………………………………..
on a : 1 tour T
f 1s
Donc : ; unité de f en S.I hertz (Hz).
5
Application 2 :
Un disque de rayon R = 10cm tourne à 30 tours/min, autour d’un axe passant par son centre d’inertie .
1. Calculer la période et la fréquence de ce disque.
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
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2. Calculer la vitesse angulaire du disque. En déduire la vitesse d’un point M situé sur la circonférence d’un disque.
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3. Calculer la vitesse d’un point N situé sur une circonférence de rayon r = 5cm. Que peut-on conclure ?
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θ(t) est une fonction affine son coefficient directeur est s(t) est une fonction affine son coefficient directeur est
égale à 𝜔. égale à V.
On peut déterminer la vitesse linéaire graphiquement par On peut déterminer la vitesse angulaire graphiquement par
la méthode suivante : la méthode suivante :
Application 3 :
L’équation horaire du mouvement d’un point M d’un corps solide en rotation autour d’un axe fixe est :
s(t) = 0, 60 t + 0, 04. avec : s(m) et t(s)
1. Déterminer les valeurs de l’abscisse curviligne du point M à l’instant t = 0 et sa vitesse linéaire.
………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Sachant que le diamètre de la trajectoire circulaire est d = 20cm, déterminer l’expression de l’abscisse angulaire en
fonction du temps θ(t).
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Exercices :
Exercice -1-
Un disque de rayon R=10cm tourne à 30 tr/min, autour d’un axe passant par son centre d’inertie.
1. Calculer la période et la fréquence de ce disque.
2. Calculer la vitesse angulaire du disque. En déduire la vitesse d’un point M situé sur la circonférence du disque.
3. Calculer la vitesse d’un point N situé sur une circonférence de rayon r = 5cm.
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Exercice -2-
Le plateau d'un manège de chevaux de bois effectue 60 tr/min. Il est animé d'un mouvement de rotation uniforme.
1. Quelle est la vitesse angulaire du plateau, exprimée en rad.s-1 ?
2. Calculer les vitesses de deux chevaux de bois situés à 3,0m et 5,0m du centre de rotation.
3. Calculer les distances qu'ils parcourent en 5,0 minutes.
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Exercice -3-
La période de rotation de la Terre (rayon RT = 6380 km) autour de l’axe de ses pôles, dans
le référentiel géocentrique, est de 86164 s.
Calculer la valeur de la vitesse d’un point situé :
- sur l’équateur.
- à une latitude de 60 ° Nord.
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Exercice -4-
Une poulie (P1) de rayon r1 = 35,5 cm entraîne par l'intermédiaire d'une courroie
inextensible, une poulie (P2) de rayon r2 = 10 cm.
La poulie (P1) tourne à 120 tours par minute.
1. Calculez la vitesse linéaire en m.s-1 d'un point de la périphérie de (P1).
2. Quelle est la valeur de la vitesse linéaire d'un point de la courroie ?
3. Calculez la vitesse angulaire de (P2) en rad.s-1.
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…………………………………………………………………………………………………………………………….…..
Exercice -5-
Un disque de rayon R = 10 cm tourne autour d’un axe fixe (∆), passe par
son axe de symétrie. Le graphe ci-contre montre les changements des abscisses
angulaires du disque en fonction de temps.
1. Quel est la nature du mouvement du disque .Justifier votre réponse.
2. Montrer que : ω = 5 rad/s.
3. Déterminer la valeur de 𝜃0 .
4. Déduire l'équation horaire (t) du mouvement de disque.
5. Déterminer la période et la fréquence de ce mouvement.
6. Déterminer l'équation horaire s (t).
7. Pendant la durée ∆𝑡 , le disque effectue 10 tours autour de l’axe fixe (∆). Calculer ∆𝑡.
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Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Introduction :
Au cours des constructions les travailleurs fournissent des efforts par habitude
on les appelle travail et puissance, mais en physique ces notions ont des
significations bien déterminer.
- Qu’est - ce que le travail mécanique ?
- Qu’est - ce que la puissance mécanique ?
- Quelle relation existe- t- il entre le travail et la puissance ?
Chapitre
1. Travail d'une force constante agissant sur un corps en translation :
1. Travail d'une force constante agissant sur un corps en translation rectiligne :
Une force 𝐹 est dite constante …………………….…..…
……………………………………………………………….
………………………………………………………………..…....
Le travail de la force 𝐹 dont le point d’application durant le déplacement se déplace de A vers B suivant un trajet
rectiligne est donné par la relation suivante :
⃗⃗⃗⃗⃗ appelé :
Le vecteur 𝐴𝐵
; avec :
vecteur déplacement
- L'unité du travail dans le système d'unité international est le joule noté (J)
- L'unité de l'intensité de la force est le newton noté (N) et l'unité de la distance AB est le mètre (m).
Remarque : le travail d'une force est une grandeur algébrique :
- Si W>0 on dit que le travail est ………………….…..
- Si W<0 on dit que le travail est ……………………...
- Si W=0 on dit que le travail est ……………………...
⃗⃗⃗⃗⃗ est
Le travail total de la force 𝐹 durant le déplacement total 𝐴𝐵
la somme des travaux élémentaires.
On a : ………………………………………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………………………………………….….
Donc :
On en déduit que dans les cas où la trajectoire est rectiligne ou curviligne, le travail d'une force constante agissant sur un
corps solide en translation est égal au produit scalaire du vecteur force et celui du vecteur déplacement de son point
d'application.
; avec :
9
Application 1 :
Calculer le travail de la force ⃗𝑭 dans les cas suivants en précisant sa nature, travail moteur, travail résistant ou travail nul.
On donne F=10N et AB = 30 cm
…..
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
En conséquence :
- Si ………… ……………………. le corps est en cas de ……………. son travail du poids est ………………
- Si ………… ……………………. le corps est en cas de ……………. son travail du poids est ………………
Remarque : le travail du poids d'un corps est indépendant du chemin suivi lors de son déplacement, il ne dépend que de la
variation d'altitude du centre de gravité de ce corps. On dit que le poids est une force conservative.
Application 2 :
Un enfant de masse 𝒎=𝟑𝟎 𝑲𝒈 glisse sur un plan linéaire et incliné d’un angle 𝜶=𝟒𝟓°
pour le plan horizontal. On donne : 𝒈=𝟏𝟎 𝑵.𝒌𝒈−1
1. Calculer le travail effectué par le poids de l’enfant lorsqu’il est traversé la distance 𝒍=𝟒 𝒎.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
Application 3 :
Un cylindre homogène de rayon r =10cm, tourne à 30 tr/min autour de l’axe perpendiculaire
au disque en son centre, sous l’effet d’une force constante ⃗⃗⃗𝐅 d’intensité F = 50 N.
1. Calculer la vitesse angulaire du disque en rad/s.
………………………………………………………………………………………………….
2. Calculer le moment de la force⃗⃗⃗𝐅.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. Calculer le travail effectué par la force⃗⃗⃗𝐅 quand le cylindre tourne de 20 tours.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
4. Calculer la puissance de la force ⃗⃗⃗𝐅 pendant 20 tours.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
11
Exercices :
Exercice -1-
Un skieur et son équipement, de masse m = 80 kg, remonte une pente
rectiligne, inclinée d'un angle =20°, grâce à un téléski. La force de
frottement exercée par la neige sur les skis à la même direction que
la vitesse et son sens est opposée au mouvement. Sa valeur est f = 30N.
Le téléski tire le skieur et son équipement à vitesse constante sur un
distance AB = L = 1500m.
1. Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent au système
{skieur et équipement} et les représenter sur le schéma.
2. Déterminer le travail du poids du système lors de ce déplacement.
3. Déterminer le travail de la force de frottement lors de ce déplacement.
4. La tension du câble qui tire le système fait un angle = 60° avec la ligne de plus grande pente. Déterminer le travail
de la tension du câble lors de ce déplacement.
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Exercice -2-
Un solide S de masse m=2Kg suppose ponctuel parcourt un rail comprenant
une partie incliné d’un angle = 30° et de longueur AB=2m puis une partie
rectiligne BC=1m et une partie circulaire de rayon r=0,5 m.
1. Calculer le travail du poids de S au cours des déplacements AB et BC.
2. Donner l’expression du travail du poids de S le long du trajet CM.
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………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
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Exercice -3-
Un solide ponctuel S de masse m se déplace le long d’un
trajet ABCD qui comporte deux phases :
- Une partie horizontale AB rectiligne de longueur L = 10m.
le long de cette partie, le solide est soumis à une force
constante𝐅, faisant un angle α = 60° avec l’horizontal et
développant une puissance P = 10w en plus d’une force de
frottement𝒇⃗ , opposée au déplacement.
- Une demi sphère BCD, de centre O et de rayon R = 0,4m. On donne : g = 10N. Kg-1 ; β = 30°.
1. Sachant que pendant la partie AB le mouvement est rectiligne uniforme de vitesse v= 2m/s.
a. Exprimer la puissance P développée par la force⃗⃗⃗𝐅, puis calculer la valeur de F.
b. Calculer le travail de la force 𝐹 au cours du déplacement AB.
c. En déduire le travail de la force de frottement au cours du déplacement AB et l’intensité de 𝑓.
2. Arrivant au point B, on annule la force⃗⃗⃗𝐅, la force de frottement persiste toujours avec la même valeur. Sachant que le
travail du poids de S lorsqu’il glisse de B vers C est : 𝑾𝑩→𝑪 (𝑷 ⃗⃗ ) = 𝟎, 𝟓 𝑱.
a. Déterminer la masse m du solide S.
b. Donner l’expression du travail du poids de S lorsqu’il passe de E vers C en fonction de m, g, R et β. Calculer sa valeur .
c. En déduire le travail du poids de S lors du déplacement de B vers E.
3. Calculer le travail de force de frottement 𝑓 lors du déplacement de B vers C.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -4-
Une échelle de longueur L=4,0m et de masse m=10kg considérée comme étant sans épaisseur,
est posée à plat sur le sol au pied d'un mur (situation 1).
On relève cette échelle et on l'appuie contre le mur de telle façon qu'elle fasse avec celui-ci un
angle α=30° (situation 2) comme le montre la figure ci-contre :
1. Montrer que le travail du poids de l'échelle lors de cette opération est :
2. Calculer la valeur de ce travail lors de cette opération.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
13
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
Introduction :
Immédiatement après son décollage, la navette spatiale reçoit une énergie
cinétique croissante. Cette énergie dépend aussi de la masse de la navette.
- Qu’est - ce que l’énergie cinétique d’un corps solide ?
- Quelle relation a-t-elle avec le travail des forces exercées sur le mobile ?
1. Energie cinétique :
Activité 1 :
1. Comparer entre la vitesse de la balle immédiatement avant qu'elle frappe le morceau de pâte et le degré de sa
déformation.
On observe la croissance de la déformation de la pâte à cause de la croissance de ………………………………….
2. Comparer entre la masse de la balle et le degré de déformation du morceau de pâte.
On observe la croissance de la déformation de la pâte à cause de la croissance de ………………………………….
3. Lors de la chute de la balle, son poids réalise un travail (𝑃⃗), ce qui lui fait acquérir une énergie qui déforme
le morceau de pâte. Déduire, qualitativement, la relation entre l’énergie gagnée par la balle immédiatement avant qu'elle
frappe le morceau de pâte et sa masse et sa vitesse.
L'énergie gagnée par la balle est proportionnelle à sa ………………… et sa ……………………
Application 1 :
La masse du tramway à vide est de 40240 kg. Il circule en moyenne à 35 km/h (soit environ 9,7m/s) en ville.
Calculez l’énergie cinétique du tramway.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Ec = ……………………………………………………………………….….………….………
= .………………………………………………………………………………………..…..
= ………………………………………………………………………….…………………
= ……………………………………………………………….……………………………
= ……………………………………………………………………………………………
= ……………………………………………………………………………………………
En posant : .……………………………………………………………………………………..
14
Par conséquence : l’énergie cinétique d’un corps solide autour d’un axe fixe est donnée par la relation suivante :
Ec : ……………………………………………………………………………….……..
𝐽∆ : ………………………………………………………………………………………
𝜔 : ………………………………………………………….………………..…………
Moment d'inertie de quelques corps solide :
Application 2 :
Un disque de masse m = 0,5 Kg et de rayon R=10cm tourne à 30 tr/min, autour d’un axe passant par son centre d’inertie.
Calculez l’énergie cinétique du disque.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………...
1. Donner le bilan des forces qui s'exercent sur l'autoporteur puis représenter les (sans échelle).
…………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………….……
…………………………………………………………………………….…
2. Donner l'expression du travail de chacune des forces qui s'exerce sur
l'autoporteur entre G3 et G5 puis calculer la somme des travaux des forces
entre ces deux points.
…………………………………………………………………………..……
……………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………..………………………………………….....
……………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………………….
3. Calculer l'énergie cinétique de l'autoporteur dans chacune des positions G3 et G5.
…………………………………………………………………………………………………………………….……………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………..……..………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………….……
…………………………………………………………………………………………………………………………………
15
4. Calculer la variation de l'énergie cinétique : ∆Ec = EC5 – EC3
……………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………….…….
5. Comparer la variation de l'énergie cinétique avec la somme des travaux des forces. On prend : g=9,8N/kg.
……………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………….
Remarque : Un corps solide est en mouvement de chute libre s’il n’est soumis qu’à son poids au cours du mouvement.
Dans ce cas, le théorème de l'énergie cinétique s’écrit comme suit : …………………………………..……………
Application 3 :
Un autoporteur de masse m = 600g est lancé depuis un point A
avec une vitesse initiale VA = 7 m.s-1 sur un plan AB horizontal de
longueur AB = 3 m sur lequel il glisse sans frottement, puis aborde
un plan incliné BD , de longueur BD = 4 m, sur lequel les frottements
seront supposés négligeables.
L’autoporteur pourra être considéré comme un solide ponctuel.
On prendra g = 10 N/Kg.
1. Exprimer, puis calculer l’énergie cinétique de l’autoporteur en A.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. En appliquant le théorème de l’énergie cinétique entre A et B, trouver l’énergie cinétique de l’autoporteur en B.
et déduire la vitesse VB.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. En appliquant le théorème de l’énergie cinétique entre B et D, trouver l’énergie cinétique de l’autoporteur en D.
et déduire la vitesse VD.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
……………………………………………………………………………………………………….…………………….……
16
Exercices :
Exercice -1-
On considère un corps solide (S) de masse m = 50 Kg peut se déplacer sur
un rail ABCD, formé d’une partie AB de forme circulaire de rayon R, d’une
partie rectiligne BC rectiligne horizontale et d’une partie CD inclinée d’un
angle 𝛼 =30° par rapport au plan horizontal.
Le solide (S) part du point A sans vitesse initiale (VA = 0) et il passe par
le point B avec une vitesse VB = 10 m/s. On prend : g = 10 N/Kg.
1. Le mouvement de (S) sur la partie AB : les frottements sont négligeables.
a. Enoncer le théorème d’énergie cinétique.
𝑉2
b. En appliquant ce théorème, montré que l’expression de R le rayon de la partie AB est : R = 2.𝑔
𝐵
. calculer sa valeur R.
2. Le mouvement de (S) sur la partie BC : les frottements ne sont pas négligeables
Le solide (S) aborde la piste BC et arrive au point C avec une vitesse VC = 6 m/s.
a. En appliquant le théorème d’énergie cinétique, Trouver la valeur de WB C (𝑅⃗).
b. En déduire la valeur de f l’intensité de la force de frottement. On donne BC = 80 m.
3- Le mouvement de (S) sur la partie CD : les frottements sont négligeables.
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
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Travail et énergie potentielle de pesanteur - énergie mécanique
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Cours N° 4 :
Introduction :
L’eau de barrage emmagasine une grande quantité d’énergie pouvant être
exploitée pour produire de l’électricité. Cette énergie est appelée énergie
potentielle de pesanteur.
- Qu’est - ce que l’énergie potentielle de pesanteur d’un corps solide ?
- Quelle est son expression mathématique ? Et comment est-elle exploitée ?
- Que représente la somme de l’énergie potentielle de pesanteur et l’énergie
cinétique ?
1. Définition :
L’énergie potentielle de pesanteur d’un solide est l’énergie que possède un solide du fait de sa position par rapport
à la terre. Elle résulte de l’interaction gravitationnelle entre le solide et la terre, Elle est notée Epp. Il s’exprime en joule (J).
Par convention Epp d’un corps est nulle au niveau pris comme état de référence.
Soit z0 l’altitude de l’état de référence. c.à.d. ………………..………………….……….
Donc : ………………………………………………………………….…………………..
Alors : ………………………………………………………………………….….……….
L’expression de l’énergie potentielle de pesanteur devient :
Z0 Epp = 0
- Si le corps au-dessus de l’état de référence ………………. ……………..….
- Si le corps sous de l’état de référence ………………….. ………………..
Remarque : Si …………………. …………………………………………. O
Application 1 :
Un corps ponctuel de masse m= 0.2Kg, posé sur une table de hauteur
h=0,8m comme l'indique la figure ci-contre :
19
1. Calculer l'énergie potentielle de pesanteur du corps dans chacun des cas suivants :
a. z0 = 0.4m :
…………………………………………………………………………………………….…………………………………
b. z0 = - 0.2m :
……………………………………………………………………………………………………………………………….
Si : ………………………………………………………………………………………………………….……………….
…………………………………………………………………………………………………………………………..……
Si : ……………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….…….
2. Energie mécanique :
1. Définition :
L'énergie mécanique d'un corps solide à un instant donné est la somme de son énergie cinétique et son énergie
potentielle de pesanteur à cet instant.
Em : ………………………………………………………………..………….……
Ec : ………………………………………………………………..………….…….
Epp : …………………………………………………………………………...……
Application 2 :
Un corps solide (S) de masse m= 2kg se déplace de A (VA=2m/s) vers
B (VB=3m/s) sur un plan AC horizontal et inclinée d'un angle =20° .
On donne AC = 10m st AB = 5m.
1. Calculer l'énergie mécanique en A et en B.
On prend le plan horizontal passant par le point O et C comme état de
référence de l’énergie potentielle de pesanteur.
…………………………………………………………………………………………………………………….……………
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Conservation de l’énergie mécanique :
a. Cas d'un corps en chute libre :
On considère un corps solide de masse m en chute libre sous l'action de son poids.
En appliquant le théorème de l'énergie cinétique sur le corps entre les positions G1 et G2,
- La variation de l’énergie cinétique est : ………………………….……………………………..
- La variation de l’énergie potentielle de pesanteur est : …………………….…….……………
Donc la variation de l’énergie mécanique est : ……………………………….…………………
……………………………………………………………………………………………………
Alors : ……………………………………………………………..………………………….….
Lorsqu’on un corps solide en chute libre, son énergie mécanique reste constante tout au
long du mouvement. On dit qu’elle se conserve.
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Application 3 :
On laisse tomber un objet de masse m = 1 Kg d’une altitude de 1 m.
Quelle est sa vitesse lorsqu’il se trouve à 0.5m d’altitude ?
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………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………….………………………………………………
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b. Cas de glissement d'un corps solide sans frottement sur un plan incliné :
On considère un corps solide en état de glissement sans frottement sur un plan incliné.
En appliquant le théorème de l'énergie cinétique sur le corps entre les positions A et B.
- La variation de l’énergie cinétique est : …………………………..…….………………………..
- La variation de l’énergie potentielle de pesanteur est : ………………….….…….……………
Donc la variation de l’énergie mécanique est : ……………………………….…………………
……………………………………………………………………………………………………
Alors : ……………………………………………………………..………………………….….
Lorsqu’on un corps solide en mouvement de glissement sans frottement, son énergie
mécanique reste constante tout au long du mouvement.
3. pas de conservation de l’énergie mécanique :
On considère un corps solide en état de glissement avec frottement sur un plan incliné.
En appliquant le théorème de l'énergie cinétique sur le corps entre les positions A et B.
- La variation de l’énergie cinétique est : …………………………..…….………………………..
- La variation de l’énergie potentielle de pesanteur est : ………………….….…….……………
Donc la variation de l’énergie mécanique est : ……………………………….…………………
……………………………………………………………………………………………………
Alors : ……………………………………………………………..………………………….….
Lorsqu’on un corps solide en mouvement de glissement avec frottement, son énergie
mécanique va diminue au cours du mouvement.
Interprétation : Les forces de frottements ne sont pas conservatives car à cause de leur travail l'énergie mécanique
du système diminue, cette diminution est due à une perte d'une partie de l'énergie mécanique par frottement sous forme
d'énergie calorifique (chaleur).
Application 4 :
On considère un corps solide (S) de masse m = 0,65 Kg peut se déplacer sur
un rail ABCD composé des parties suivantes :
- une partie AB inclinée d’un angle 𝛼 =30° par rapport au plan horizontal.
- une partie BC de forme circulaire de rayon r=1,5 m.
- une partie CD rectiligne et horizontale. On prend : g = 10 N/Kg.
1. Le mouvement de (S) sur la partie AB : les frottements sont négligeables
Le solide (S) part du point A sans vitesse initiale (VA = 0) et il passe par
le point B avec une vitesse VB= 4,3 m/s.
a. Calculer l’énergie cinétique EC au point A et au pont B, en déduire
la variation de l’énergie cinétique entre A et B.
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b. En appliquant le théorème d’énergie cinétique, Montrer que la distance AB = 1,85 m.
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2- Le mouvement de (S) sur la partie BC : les frottements sont négligeables
Le solide (S) aborde la piste BC et arrive au point C avec une vitesse VC. On prend le plan horizontal passant par le point
C comme état de référence de l’énergie potentielle de pesanteur.
a. Calculer la valeur d’énergie potentielle au point B .en déduire l’énergie mécanique au point B.
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b. En appliquant la conservation d’énergie mécanique entre B et C, trouver la valeur d’énergie cinétique E C au point C.
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c. En déduire la valeur de la vitesse VC en point C.
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d. En utilisant le principe de la conservation d’énergie mécanique, retrouver la valeur de la vitesse VC en point C.
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3- Le mouvement de (S) sur la partie CD : les frottements ne sont pas négligeables
Le solide (S) aborde la piste CD et s’arrête au point D, avec frottement équivalent à une force horizontale d’intensité
f = 2,6 N constante et de sens opposé.
a. En appliquant le théorème d’énergie cinétique entre C et D, montrer que l’expression de la distance CD est :
𝑚.𝑉𝐶2
CD = 2.𝑓
, calculer sa valeur.
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b. Calculer la valeur de l’énergie perdue sous forme de chaleur entre A et B.
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Exercices :
Exercice -1-
On étudie la chute libre (on néglige les forces de frottements et la poussée d’Archimède) d’un
parachutiste m=80Kg .Celui-ci saute d’une montgolfière possédant une vitesse nulle (VA = 0),
d’une altitude de ZA= 1000m. Il ouvre son parachute a une altitude de ZB=700 m.
On prend le plan horizontal passant par le point D comme état de référence de l’énergie
potentielle de pesanteur.
1. Calculer l’énergie potentielle du parachutiste lorsqu’il saute de la montgolfière (position A).
2. En déduire l’énergie mécanique du parachutiste à ce moment.
3. Calculer l’énergie potentielle du parachutiste au moment de l’ouverture du parachute (position B).
4. Trouver l’énergie cinétique du parachutiste au moment de l’ouverture du parachute en appliquant
la loi de conservation de l’énergie mécanique entre A et B. et déduire la vitesse à ce moment VB.
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Exercice -2-
On considère un corps solide (S) de masse m = 0,4 Kg peut se déplacer sur
un rail ABC qui comporte deux phases :
- une partie (AB) rectiligne et horizontale : AB = 2m
- une partie (BC) inclinée d’un angle 𝛼 =30° par rapport au plan horizontal :
BC = 3m.
On prend le plan horizontal passant par le point C comme état de référence
de l’énergie potentielle de pesanteur. On prend : g= 10N/Kg
1. Le mouvement de (S) sur la partie (AB) : les frottements ne sont pas négligeables
Le solide (S) part du point A avec une vitesse initiale VA = 3 m/s, et se déplacer sur la piste AB avec frottement
équivalent à une force horizontale d’intensité f =0.5 N et de sens opposé.
a. Déterminer au point A, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point A.
2 𝑓 𝐴𝐵
b. En appliquant le T.E.C entre A et B, montrer que : VB = √𝑉𝐴2 − . Calculer sa valeur.
𝑚
c. Déterminer au point A, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point A.
e. Calculer la variation de l’énergie mécanique entre A et B par deux méthodes différentes.
f. En déduire la quantité de chaleur Q libérée durant ce déplacement.
2- Le mouvement de (S) sur la partie (BC) : les frottements sont négligeables
Le solide (S) aborde la piste BC et arrive au point C avec une vitesse VC.
a. En appliquant le T.E.C entre B et C, montrer que : VC = √𝑉𝐵2 + 2𝑔 𝐵𝐶. 𝑠𝑖𝑛𝛼 . Calculer sa valeur.
b. Déterminer au point C, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point C.
c. En réalité, le mouvement du solide (S) sur la piste BC se fait avec frottement et le solide (S) arrive au point C avec une
vitesse 𝑉𝐶′ = 5 m/s. déterminer f’ l’intensité de la force de frottement sur la piste BC.
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Exercice -3-
On considère un corps solide (S) de masse m = 0,4 Kg peut se déplacer sur
un rail ABCD qui comporte trois phases :
- une partie (AB) inclinée d’un angle 𝛼 =30° par rapport au plan horizontal :
AB = 5r.
- une partie (BC) de forme circulaire de rayon r = 0,5m, elle forme un angle
𝜃= 60° avec O.
- une partie (CD) rectiligne et horizontale : CD= 2m.
On prend le plan horizontal passant par le point C comme état de référence
de l’énergie O potentielle de pesanteur.
1. Le mouvement de (S) sur la partie (AB) : les frottements sont négligeables On prend : g = 10 N/Kg.
Le solide (S) part du point A sans vitesse initiale (VA = 0).
a. Monter que : ZB = r (1 - cos 𝜃) et ZA = r (1 - cos 𝜃) + 5r sin 𝛼 . Calculer ses valeurs.
b. Déterminer au point A, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point A.
c. En appliquant le T.E.C entre A et B, montrer que : VB = √10 𝑟. 𝑔. sin 𝛼 . Calculer sa valeur.
d. Déterminer au point B, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point B.
2- Le mouvement de (S) sur la partie (BC) :
Le solide (S) aborde la piste BC et arrive au point C avec une vitesse VC =5,477 m/s .
a. Déterminer au point C, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point C.
b. En appliquant le T.E.C entre B et C, calculer le travail de la réaction du plan : WB C (𝑅⃗).
c. En déduire la nature de contact entre le corps et la piste BC. (avec ou sans frottement).
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3- Le mouvement de (S) sur la partie (CD) : les frottements ne sont pas négligeables
Le solide (S) aborde la piste (CD), et s’arrête au point D (VD = 0), avec frottement équivalent à une force horizontale
d’intensité f constante et de sens opposé.
a. Déterminer au point D, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur du corps (S), et en déduire son énergie
mécanique au point D.
b. Calculer la variation de l’énergie mécanique entre C et D, et en déduire la quantité de chaleur Q libérée durant ce
déplacement.
𝑚.𝑉 2
c. En appliquant le T.E.C entre C et D, montrer que l’expression de l’intensité f est : f = 2.𝐶𝐷𝐶 , calculer sa valeur.
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Niveau : 1 BAC SM.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
Introduction :
Le soleil transfert de l’énergie par rayonnement.
Lorsqu’on frotte nous deux mains, l’une contre l’autre, elles s’échauffent.
Les hommes préhistorique ont réussi à faire des feu en frottant deux morceaux
de bois l’un contre l’autre.
Dans tous ces exemples, il y a élévation de la température.
- Comment peut-on expliquer cette élévation de la température ?
1. Dans chaque exemple, indiqué les forces qui effectuent un travail et l’effet de ce travail.
- Exemple 1 : la force qu’effectue un travail est la force de frottement entre le disque et la plaque.
L’effet de ce travail : élévation de la température au niveau des surfaces de contact.
- Exemple 2 : la force qu’effectue un travail est la force pressant exercée par l’opérateur.
L’effet de ce travail : augmentation de la pression du gaz.
- Exemple 3 : la force qu’effectue un travail est la force de frottement entre la luge et la glace.
L’effet de ce travail : changement d’état de la glace.
Conclusion :
L’énergie transférée par le travail à un système peut modifier son énergie cinétique ou/et son énergie potentielle de
pesanteur, elle peut aussi, suivant la nature du système, provoquer :
- une élévation de la température du système.
- une augmentation de la pression du système (le cas d’un gaz).
- un changement d’état du système.
Dans les exemples précédents, l'énergie reçue par le corps sous forme de travail à modifier les interactions microscopiques
entre les particules.
Comme à l'échelle macroscopique, on peut définir à l'échelle microscopique une énergie cinétique due à l'agitation des
particules et une énergie potentielle d'interaction due aux positions des particules en interaction.
Application 1 :
On applique une force pressante sur le gaz qu’est enfermé dans une seringue.
1. Trouver l’expression du travail de la force pressante en fonction de p2, V1 et V2.
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2. Énergie interne :
1. Définition :
L’énergie interne, notée U, d’un système est la somme des énergies cinétiques microscopiques et des énergies potentielles
d'interaction de toutes les particules du système :
l’unité de l’énergie interne est le joule (J).
On définit l’énergie totale E d’un système par :
Remarque :
On ne peut pas calculer EC(micro) et EPP(micro) car la connaissance des vitesses et des positions des particules
est impossible du fait de leur nombre énorme.
On ne peut pas déterminer l’énergie interne d’un système mais seulement la variation
de l’énergie interne :
La variation de l’énergie interne d’un système se fait soit par l’agitation des particules qui les constituent ou par les
interactions qui existent entre ces particules.
Au cours d’une transformation quelconque d’un système, si les énergies échangées par
le système avec le milieu extérieur ne se font que par travail seul alors la variation l’énergie
interne ∆U du système est égale à la l’énergie fournie par le milieu extérieur au système :
Application 2 :
On considère un gaz enfermé dans un cylindre en position horizontale, fermé par un piston P.
Le gaz n’échange pas de chaleur avec le milieu extérieur. L’opérateur applique une force 𝐹
constante, d’intensité F = 80N sur le piston en effectuant un déplacement Δl = 15cm.
1. Y-t-il une variation d’énergie interne au cours de cette transformation ? Justifier votre réponse.
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2. Si la réponse est oui, calculer cette variation.
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Exercices :
Exercice -1-
On considère un chariot de masse m = 5 kg pouvant glisser sur deux rails orientés selon la plus grande pente d’un plan
incliné. On lance le chariot d’un point A situé dans le plan horizontal, avec une vitesse initiale VA = 7 m/s, il atteint un
point C situé à la hauteur h = 1,9 m du plan horizontal.
On prendra g = 9,8 N/kg intensité de pesanteur.
1. Calculer la variation de l’énergie mécanique au cours de ce mouvement.
2. En déduire la quantité de chaleur échangée Q avec le milieu extérieur ?
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Exercice -2-
On dispose d’un cylindre adiabatique fermé par un piston notamment adiabatique de masse m =500 g
et de section S = 1 dm2 pouvant se déplacer verticalement sans frottement.
Le cylindre contient un volume V = 1 L d’air à la température 𝜃 = 20°C.
1. Sachant que la pression externe est P0 = 105 Pa, calculer la pression de l’air contenu dans le cylindre.
2. On place sur le piston un solide (C) de masse M = 1 kg. Le piston se stabilise dans une nouvelle
position, et la température à l’intérieur du cylindre est supposée invariante. Calculer la nouvelle pression
de l’air contenu dans le cylindre.
3. Calculer le travail de la force exercée sur l’air comprimé sachant que le piston s’est déplacé de Δl = 1 mm.
4. L’air contenu dans le cylindre est supposé un gaz parfait dans les conditions de l’expérience, sa température est
considérée inchangée. Que peut-on dire de l’énergie interne de l’air contenu dans le cylindre ?
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Exercice -3-
Un dispositif est formé d’un ressort comprimé en position vertical lançant un projectile verticalement vers le haut avec
une vitesse initiale V. Le projectile monte alors d’une hauteur h = 10 m.
On prend : g = 10 N.kg-1
1. Citer les différentes transformations énergétiques successives qui se produisent au cours de cette opération en précisant
les formes d’énergies transférées. (Les frottements sont négligeables).
2. Calculer la valeur de la vitesse initiale V.
3. Que se passe-t-il si les frottements sont non négligeables ?
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Niveau : 1 BAC SM.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
Introduction :
On a vu que le transfert thermique est un transfert d’énergie thermique d’un corps
chaud vers un corps froid.
- Comment peut-on déterminer cette énergie thermique ?
1. Transfert thermique :
1. Définition :
Lorsque deux corps à des températures différentes sont mises en contact, on constate que la température du corps chaud
diminue, tandis que la température du corps froid augmente. Il y a transfert d’énergie entre les deux corps : c’est le transfert
thermique.
Eau
2. Energie thermique :
1. Définition :
L’énergie thermique Q, est l’énergie échangée sous forme de chaleur, elle peut faire varier la température d’un corps ou
provoquer son changement d’état physique.
L’énergie thermique est la quantité de chaleur Q reçue ou perdue par un corps de masse m lorsque sa température varie de
la température 𝜃i à la température 𝜃f , elle est donnée par la relation suivante :
Q : ………………………………………………………………………..……
m : ……………………………………………………………………….……
c : ……………………………………………………………………………..
𝜃f - 𝜃i = ∆𝜃 : ……………………………………………………………………
Remarque :
- Si ……………..……. Donc :……………………………… Alors : …………………..…… : le corps reçoit la chaleur .
- Si ……………..……. Donc :……………………………… Alors : …………………..…… : le corps perd la chaleur .
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2. Capacité thermique massique :
La capacité thermique massique c d'un corps pur est l'énergie thermique
nécessaire à 1 kg de ce corps pour élever sa température de 1°C.
La capacité thermique 𝜇 d'un corps de masse m est l'énergie thermique
nécessaire pour élever sa température de 1°C, elle est exprimée par la
relation suivante :
𝜇 : …………………………………….…………..
m : ………………………………………………..
c : …………………………………………...…….
3. Equilibre thermique :
Lorsque deux corps de températures différentes entrent en contact (dans une enceinte isolante : fuites thermique
négligeable), ils échangent de l’énergie thermique : le corps chaud perd de l'énergie Q' et sa température diminue tandis que
le corps froid reçoit de l'énergie Q et sa température augmente.
Le transfert thermique se produit de sorte à ce que leurs températures respectives s’égalisent.
On dit que l’équilibre thermique est réalisé .L’équilibre thermique est traduit par la relation :
Application :
Un calorimètre de capacité thermique 𝜇 =170J / K contient une masse m0 = 200g d’eau à la température 𝜃0 = 18°C .
On y plonge un morceau de la glace de masse m1 = 25 g à la température 𝜃1 = -10 °C. Calculer la température d’équilibre 𝜃e
On donne : - la capacité thermique massique de l’eau : c0 = 4180 J/kg.°C
- la capacité thermique massique de la glace : c1 =2100 J/kg.°C
- la chaleur latente de fusion de la glace : Lf = 330000 J/kg
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Exercices :
Exercice -1-
On admet que dans un calorimètre, seul le vase intérieur (masse m1 = 300g, capacité thermique massique
C1=0,38.kJ.kg-1K-1) et l’agitateur (masse m2 = 50 g, capacité thermique massique C2=0,90.kJ.kg-1K-1) sont susceptibles
de participer aux échanges thermiques avec le contenu de l’appareil.
1. Calculer la capacité thermique μ du calorimètre.
2. Ce dernier contient 400 g d’éthanol à la température 𝜃1= 17,5°C ; on y verse 200 g d’eau à la température 𝜃2= 24,7°C
et on note la température lorsque l’équilibre thermique est réalisé, soit 𝜃e =20,6°C.
En déduire la valeur de la capacité thermique massique C de l’éthanol.
Donnée : Capacité thermique massique de l’eau : 4,19 kJ.kg-1K-1.
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Exercice -2-
Dans un calorimètre en cuivre de masse mc = 100 g et qui contient une masse d’eau me = 200 g à 𝜃e =4°C, on introduit
une masse m1 = 300 g de cuivre à 𝜃1 = - 20°C.
1. On agite pour atteindre l'équilibre thermique : calculer la température finale 𝜃f.
2. Montrer que si le cuivre introduit est à la température 𝜃2 = - 50°C, une partie de l’eau congèle.
Calculer la masse de glace formée mg.
Données : - Chaleurs massiques de cuivre : 395 J.kg-1.K-1 - Chaleur latente de fusion de la glace : 330 kJ/kg
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Partie 2 : Electrodynamique
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Niveau : 1 BAC SM.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
Introduction :
Le déséquilibre entre les charges électriques à l’intérieur et à l’extérieur
du nuage, en regard avec la terre produit un phénomène naturel : un éclaire
qui est suivi d’un tonnerre qui se manifeste sous forme des étincelles électriques
entre la terre et le nuage et cela est dû à la création d’un champ électrostatique.
- Qu’est-ce qu’un champ électrostatique ?
- Comment se crée-t-il ?
- Quel est l’expression mathématique de la grandeur qui représente ?
1. Electrisation de la matière :
1. Electrisation par frottement :
Activité 1 :
Frotter une règle plastique sur de la laine. L’approcher de petits morceaux de papier posés sur la table.
1. Qu’observe-t-on ?
…………………………………………………………………………………….
2. S’agit-il d’une action de contact ou d’une action à distance ?
…………………………………………………………………………………….
3. S’agit-il d’une attraction ou d’une répulsion ?
……………………………………………………………………………………
Conclusion :
Certaines corps (peigne, règle, stylo, ....), lorsqu’on les frotte, sont susceptibles de provoquer des phénomènes surprenants :
ils deviennent capable d’attirer des petits corps légers on dit qu’ils sont électrisés par frottement .
Conclusion :
Par convention, l’électricité qui apparaît sur le bâton de verre est de l’électricité positive, alors que celle qui apparaît sur
le bâton d’ébonite frotté est de l’électricité négative.
Des charges électriques de même signe se repoussent. Des charges de signes contraires s’attirent.
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2. Electrisation par contact :
Un corps s'électrise par contact quand il touche un autre corps électrisé en effet des électrons
se sont transfères d'un corps vers l'autre.
Application 1 :
Calculer le nombre d’électron qui constitue un métal d’argent de masse m =10g, sachant que chaque atome d’argent est
formé par 47 électrons et la masse molaire atomique d’argent est : M(Ag) = 107,87g/mol.
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Application 2 :
Dans le modèle de Bohr de l’atome d’hydrogène, on considère que l’électron tourne autour du proton sur une orbite
circulaire de rayon r = 5,3×10-11m.
La masse du proton est : mp = 1,67×10-27kg, celle de l’électron est me = 9,11×10-31kg.
La charge élémentaire est : e = 1,6×10-19C.
1. Calculer et comparer les intensités des interactions gravitationnelle et électrostatique existantes entre les deux particules.
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Que peut-on conclure ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
35
3. Champ électrostatique :
1. Définition :
Toute région de l’espace où une charge q est soumis à une force électrostatique, est le siège d’un champ électrique.
Conclusion :
Le vecteur champ électrostatique crée par une charge Q :
- Direction : droite passent par le centre de la charge.
- Sens : dépend de signe de la charge Q. Centrifuge si Q >0 / Centripète si Q < 0.
𝑄
- Module : 𝐸 = k 𝑑2 (N / C).
Application 3 :
Deux charges électriques qA et qB, placées en A et B, sont telles que qA = 1 𝜇C ; qB = -3 𝜇C et AB = 20 cm.
1. Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique au point M, milieu du segment AB.
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………………………………………………………………………………………………………………….………………
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2. En quel point de la droite passant par A et B, le champ électrique est-il nul ?
………………………………………………………………………………………………………………….………………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
36
Application 4 :
Un carré ABCD de coté de longueur a, porte en chacun de sommets A et C
une charge positive de valeur (q), et une charge négative de valeur opposé aux
charge (-q) au sommet B.
1. Représenter les vecteur champs électriques crées par les trois charges au
quatrième sommet D.
………………………………………………………………………………..………
2. Trouver l’expression de son intensité.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 5 :
On applique une tension U = 5 kV entre les deux plaques d’un condensateur plan.
La charge de chaque armature est indiquée sur le schéma ci-contre.
La distance entre les deux plaques : d =
1. Donner la direction et le sens du champ électrostatique entre les armatures du condensateur.
…………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………….
2. Représenter les lignes de champ électrostatique à l’intérieur du condensateur plan.
……………………………………………………………………………………………………..
3. Que peut-on dire du champ électrostatique entre les deux armatures ?
…………………………………………………………………………………………………….
4. Sur le même schéma, représenter le vecteur champ en A.
……………………………………………………………………………………………………..
5. Calculer La norme du champ électrique 𝐸⃗ entre les deux plaques.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
37
Exercices :
Exercice -1-
On considère trois charges q1, q2 et q3 situées aux sommets d’un triangle équilatéral de côté r = 4 cm.
On donne : q1 = 3.10-8 C, q2 = -3.10-8 C et q3 = 3.10-8 C ; k = 9.109 S.I.
1. Calculer les valeurs des deux forces électriques qui s’exercent sur la charge q1 présence des charges q2 et q3.
2. Déterminer la valeur de la force équivalente exercée sur la charge q1.
………………………………………………………………………………………………………………….………………
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Exercice -2-
Deux corps électrisés, supposés ponctuels portent deux charges identiques de valeur q = 2.10-8 C. Ils sont placés en deux
points A et B distants de d = 6cm. En un point P de la médiatrice du segment AB, on place une autre charge q’ = 10-8 C.
1. Représenter la force électrique équivalente s’exerçant sur la charge q’.
2. Calculer sa valeur sachant que les points A, B et P formant un triangle équilatéral. On donne : k = 9.109 S.I.
3. Prouver qu’il existe un point M de la médiatrice de AB, tel que la force électrique équivalente est nulle. Préciser M.
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Exercice -3-
Une petite boule en polystyrène de masse m = 0,1 g, portant une charge q = 10-8 C est placée sur un support isolant
horizontal. On place au-dessus de la boule un bâton d’ébonite dont l’extrémité porte une charge q’= - 4 q et se trouvant
à une distance r = 10 cm. On donne : g=10N/Kg ; k = 9.109 S.I
1. Prouver que la force électrique est insuffisante pour soulever la boule.
2. Pour quelles valeurs de la distance r, la boule de polystyrène bâton d’ébonite électrisé ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………………………………………….………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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38
Niveau : 1 BAC SM.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Prof : Abderrahim FILALI Partie : Le travail mécanique et l’énergie Année scolaire : 2019-2020
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Cours N° 8 : Energie potentielle électrostatique
Introduction :
Les charges électriques négatives s’accumulent sur la face basse des nuages,
en regard avec la terre, on dit que l’énergie potentielle électrostatique croit,
et lorsqu’elle arrive à une certaine valeur limite, des charges électriques
s’écoulent vers la terre en traversant l’atmosphère , et provoquent le phénomène
des éclairs.
- Qu’est-ce que l’énergie potentielle ?
- Quelle est son expression mathématique ?
2. Potentiel électrique :
1. Définition :
Activité 2 :
La différence de potentielle (tension électrique) entre deux points A et B d’une région où règne un champ électrique
uniforme ⃗⃗⃗
𝐸 est définie par la relation suivante :
1. Trouver l’expression de la différence de potentielle en fonction de E, xA et xB.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. On appelle VA le potentiel électrique au point A et VB le potentiel électrique au point B. Déduire ses expressions.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. Déduire l’expression du travail de la force 𝐹 lorsque la charge se déplace de A vers B en fonction de q, VA et VB.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………….…
Conclusion :
Le potentiel électrique est une grandeur physique qui caractérise l’état électrique de chaque
point de l’espace où règne le champ électrique. Son unité en SI est V le volt. Son expression :
Remarque :
Le potentiel crée par une charge ponctuelle q, placé dans le vide, en un point M de l’espace
situe à la distance r de la charge q est donne par :
39
Application 1 :
Un champ électrique uniforme d’intensité E = 3.104 V/m est créé à l’intérieur de deux plaques parallèles distantes de
d = 10cm.
1. Calculer la tension électrique UPN appliquée aux deux plaques.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. Déterminer le travail de la force électrique appliquée à un électron au cours de son déplacement de la plaque N vers
la plaque P.
………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Plan équipotentiel :
Activité 3 :
Considérons deux points Met M’ qui se trouvent dans le même plan parallèle aux plaques
qui est un plan perpendiculaire aux lignes de champ électrostatique.
1. Calculer : VM – VM’
………………………………………………………………………………………………….…………….
2. Comparer VM avec VM’
………………………………………………………………………………………………………………………….……….
Conclusion :
Le champ électrique entre deux plaques conductrices et parallèle distantes de d est un champ
uniforme et tous les points qui se trouvent dans un plan perpendiculaire aux lignes de champ
ont même potentiel. Ce plan appelé : plan équipotentiel.
Un plan équipotentiel est un plan où la valeur du potentiel électrique est la même en tout point
appartient à ce plan.
Application 2 :
1. Déterminer les plans équipotentiels d’une charge électrique ponctuelle.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Donner l’expression de travail de la force électrique appliquée à une charge q au cours de son déplacement du point A
vers le point B qui appartiennent à un plan équipotentiel.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
Remarque :
On peut utiliser cette relation pour calculer l’énergie potentielle électrostatique :
à condition que l’axe (xx’) soit orienter vers les potentiels croissants.
Application 3 :
Un champ électrique uniforme d’intensité E = 103 V/m est créé dans une région de l’espace repérer par (O, 𝑖 , 𝑗 , 𝑘⃗).
tel que : 𝐸⃗ = E. 𝑖
1. Calculer le travail de la force électrique appliquée à un ion d’hélium He2+ du point A(2;0;0) vers le point B(4;2;0).
L’unité de la longueur est le centimètre.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Calculer l’énergie potentielle électrique au point B. On prend A comme origine des potentiels.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 4 :
Une tension UAC = 300V est appliquée entre l’anode A et la cathode C d’un canon à électrons.
Des électrons partent de la cathode C sans vitesse initiale, calculer leur vitesse quand ils arrivent à l’anode A.
On donne : masse de l’électron me = 9,11.10-31 kg.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
5. L’électron–Volt :
On a : ………………………………………………………………………………………………………………………..….
Si : …………………………………………………….. et ……………………………………………………………………
Donc : ……………………………………………………………………………….……..
…………………………………………………………………………………..…..
Application 5 :
Calculer en (eV) et en (MeV) l’énergie reçue par une particule (ion hélium He2+) quand elle est accélérée par une tension
électrique U = 106 V. On donne : 1 MeV = 106 eV
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 6 :
On considère trois points A,B et C situes sur l’axe (OX) dans un champ électrostatique 𝐸⃗ = 2.104 𝑖
⃗⃗⃗ | =10 cm. On donne : e = 1,6.10-19 C.
Avec: ||𝑖|
………………………………………………………………………………………………………………….………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
42
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Introduction :
Les appareils électriques reçoivent de l’énergie électrique et la transformation
en d’autres formes utiles en s’échauffant au cours du fonctionnement.
- Quels sont les différentes transferts ou transmissions d’énergies qui se font
au niveau des récepteurs ?
- Comment se répartie l’énergie électrique dans un circuit ? et pourquoi
les appareils s’échauffant-ils ?
- Observation :
Lorsqu’on ferme l’interrupteur K on constate que :
- la lampe ………………………. et sa température ………………………….
- le moteur ……………………. et sa température …………….……………..
- l’électrolyseur est le siège de …………………………………………..…….
au niveau de chaque électrode, et on constate …………………………………
de la température de l’électrolyseur.
- Interprétation :
Dans cette expérience on a mis en évidence les différents types de transfert d’énergie électrique fournie par
le générateur :
- au niveau de la lampe il y’a une transformation de l’énergie ………….……….…. en énergie ……………………..…….
et en énergie ……..…………………..…
- au niveau du moteur il y’a une transformation de l’énergie ………………………….. en énergie ………………………..
et en énergie ……….……………………
- au niveau de l’électrolyseur il y’a une transformation de l’énergie ………………………. en énergie …………………....
et en énergie …………………………….
- Conclusion :
Le générateur est une source d'énergie électrique, c’est lui qui fournit l’énergie électrique aux autres composants
du circuit, alors que la lampe, le moteur et l’électrolyseur sont des récepteurs qui reçoivent l’énergie électrique et
la transforment en d’autres formes d’énergie (comme l’énergie mécanique, chimique, thermique, ou lumineuse….….)
Application 1 :
Un moteur électrique est alimenté sous une tension UAB=12V et traversé par un courant d’intensité I=200 mA .
1. Calculer la puissance électrique reçue par ce moteur.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………..………………….
2. Calculer l’énergie électrique reçue par le moteur pendant 20 min de fonctionnement.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………..………….……….
3. Sachant que l’énergie thermique fournie par le moteur au milieu extérieur est Wth = 864 J. calculer l’énergie mécanique
fournie par le moteur.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Loi de Joule :
Les conducteurs ohmiques (appelés des résistors) transforment intégralement l'énergie électrique reçue en chaleur par
effet Joule.
Pour un conducteur ohmique : ……………………………( Loi d’Ohm )
- La puissance électrique reçue par un conducteur ohmique (puissance dissipée par effet Joule) :
……………………………….
- L'énergie électrique reçue par un conducteur ohmique (énergie dissipée par effet Joule) :
……………………………….
……………………………….. (……………………………..)
Application 2 :
On applique aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance R = 10Ω une tension UAB = 4V.
1. Calculer l’intensité du courant I qui traverse le conducteur ohmique.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Calculer la puissance électrique reçue par le conducteur ohmique.
……………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………
44
3. Sachant que la tension UAB est appliquée pendant la durée Δt = 5min. Calculer l’énergie dissipée par effet joule.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………..…………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 3 :
Un générateur électrique fournit au circuit électrique la puissance électrique Pe = 300W. L’intensité du courant qui
circule dans ce circuit est : I=1,2 A.
1. Calculer la tension UPN aux bornes du générateur.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………….……………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Calculer l’énergie électrique transmise au reste du circuit pendant une durée de 10min
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………..…………
Application 4 :
On branche un générateur avec un électrolyseur. (Voir le circuit ci-contre).
Le générateur électrique fournit au circuit électrique l’énergie électrique
We = 2400 J. La durée de fonctionnement est 20min.
1. Calculer la puissance électrique fournie par le générateur.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………….
2. Sachant que la tension aux bornes du générateur est UPN = 10V. Calculer I l’intensité du courant qui circule dans
le circuit.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. En déduire la puissance électrique reçue par l’électrolyseur.
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45
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Introduction :
La batterie auto joue le rôle d’un générateur, elle sert à démarrer une voiture,
ainsi qu’à alimenter en électricité les différents éléments électriques (phares, …)
et électroniques (autoradio, …).
- Comment se distribue l’énergie électrique au niveau d’un générateur
et d’un récepteur ?
46
Application 1 :
Un moteur électrique de résistance r’=2Ω est parcouru par un courant I=1A lorsqu’il est alimenté sous une tension
UAB=12V. Déterminer :
1. la force contre-électromotrice du moteur : E’
……………………………………………………………………………………………………………………………….……
……………………………………………………………………………………………………………………………………
2. la puissance électrique absorbée par ce moteur : Pe
……………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………….…………………
3. la puissance utile fournie par ce moteur : Pu
……………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………….………………
4. La puissance dissipée dans le moteur par effet joule : PJ
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
5. le rendement électrique de ce moteur :
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
générateur
eue
47
3. Rendement d'un générateur :
Pour un générateur électrique, le rendement est le rapport de l’énergie électrique fournie au circuit à l’énergie
transformée par le générateur :
Application 2 :
Un générateur de f.é.m. E = 13 V et de résistance interne r=1Ω alimente un moteur électrique de force
contre-électromotrice E’ = 10 V et de résistance interne r’=2Ω. Déterminer :
1. l’intensité du courant dans le circuit : I
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
2. la tension aux bornes de générateur : UPN
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. la puissance électrique fournie par le générateur : Pe
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
4. la puissance totale reçue par le générateur : PT
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
5. La puissance dissipée dans le générateur par effet joule : PJ
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
6. le rendement du générateur :
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
48
3. Le rendement global d’un circuit simple :
Le rendement global de circuit est définie comme le rapport de la puissance utile Pu par la puissance électrique totale
du générateur :
Application 3 :
Un moteur électrique (E’ = 4 V, r’= 1 Ω) est alimenté par un générateur (E = 12 V, r = 3 Ω).
1. Calculer l’intensité du courant qui circule dans le circuit : I
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………..……………………………………………
2. Calculer la puissance utile : Pu
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….………
3. Calculer la puissance totale : PT
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..……..
4. Calculer le rendement du moteur :M
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..
5. Calculer le rendement du générateur : G
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..
6. Calculer le rendement global du circuit :
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
49
Exercices :
Exercice -1-
Un générateur de f.é.m. E = 12 V et de résistance interne r=1 Ω alimente un moteur électrique de force
contre-électromotrice E’ = 10 V et de résistance interne r’=2 Ω.
1. Déterminer l’intensité du courant dans le circuit.
2. Déterminer la tension aux bornes du générateur.
3. Déterminer la puissance utile fournie par le moteur.
4. Déterminer le rendement du moteur.
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Exercice -2-
On réalise le montage suivant ci-contre.
Donnée : UPN = 22-20.I ; I=0.5A ; R=2 Ω
1. Recopier la figure et représenter l’intensité I et les tensions UPN, UPA, UAB.
2. Calculer UPN, UPA, et déduire UAB.
3. Calculer la puissance électrique fournie par le générateur au reste de circuit.
4. Calculer la puissance calorifique (thermique) dans le conducteur ohmique Pj.
5. Calculer la puissance électrique reçue par l’électrolyseur.
6. Sachant que le rendement de l’électrolyseur est 76 %, calculer sa puissance utile.
7. En déduire la valeur de la force contre-électromotrice E’ de l’électrolyseur.
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50
Exercice -3-
Un moteur électrique transfert 90% d’énergie électrique reçue en énergie mécanique.
L’énergie mécanique du moteur est : Wm =2,04. 105 j
1. Calculer l’énergie électrique reçue par le moteur.
2. Calculer l’énergie dissipée par le moteur.
3. Sachant que l’intensité du courant qui traverse le moteur est I = 10 A pendant une minute.
a. Calculer.la force contre électromotrice du moteur.
b. Calculer.la résistance interne du moteur.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -4-
Un générateur électrique de force électromotrice E et de résistance interne r alimente
le circuit électrique représenté sur la figure ci-contre :
Données : E’1=6V , r’1=4Ω , E’2=4,5V , r’2=2,5Ω , R=31Ω , r =4Ω , I =0,57A
1. Montrer que la puissance dissipé par effet joule dans le circuit électrique est : Pj=13,5w
2. Calculer les puissances Pe1 et Pe2 et Pe3 reçues respectivement par le moteur M1,
le moteur M2 et le conducteur ohmique.
3. Quelle la puissance électrique fournie par le générateur au reste du circuit.
4. En déduire la tension aux bornes du générateur.
5. Retrouver la tension aux bornes du générateur en utilisant la loi d’additivité des tensions.
6. Montrer que la force électromotrice du générateur est : E =34V
7. Calculer le rendement du générateur et le rendement du Moteur M1.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
51
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Introduction :
les savants pensent que la migration collective des oiseaux se fait grâce
au champ magnétique terrestre.
- Qu’est-ce qu’un champ magnétique ?
- Quelles sont ses caractéristiques et comment mesure son intensité ?
1. Les aimants :
1. Définition des aimants : S N
L'aimant est tout corps capable ………………………………………………………….…
(Fer, Cobalt, Nickel,…...). il existe naturellement dans la nature, mais on le fabrique
artificiellement.
- On distingue les aimants ………………..…..et les aimants en forme ………………..……..
- Chaque aimant possède ………………..………… et …………..…………………….,
et ils ne peuvent pas être séparés.
- Lorsqu’on approche deux pôles similaires ils ……………………………………..
et lorsqu’on approche deux pôles différents ils ……………………………………..
2. L’aiguille aimantée :
La boussole est …………………………….…..…mobile pivotant autour
d'un axe vertical.
L'aiguille aimantée possède un pôle nord N et un pôle sud S.
Activité 2 :
On approche un aimant droit d’une aiguille aimantée.
a. Qu’observez-vous ?
L’aiguille aimantée ………………………..……
b. Que peut-on déduire ?
L’aimant crée ………………………………………. dans l’espace environnant.
Activité 3 :
On approche un fil conducteur parcourue par un courant électrique d’une aiguille aimantée.
a. Qu’observez-vous ?
L’aiguille aimantée ………………………..……
b. Que peut-on déduire ?
Le courant électrique crée ……………………………….dans l’espace environnant.
52
b. Conclusion :
Le champ magnétique se crée par trois sources :
- Le champ magnétique créé par ……………….(le champ magnétique ………………....…..).
- Le champ magnétique créé par …………..……….
- Le champ magnétique créé par ……………………..……………………….
53
Application :
Deux aimants droits sont placés perpendiculairement l’un à l’autre
à la même distance du point M, comme l’indique la figure ci-contre.
1. Sachant que B1 = 4 mT et B2 = 3 mT, représenter à l’échelle : (1)
2 mT → 1 cm.
⃗ 1 Le vecteur champ magnétique crée par l’aimant A1 au point M.
a. 𝐵
⃗ 2 Le vecteur champ magnétique crée par l’aimant A2 au point M.
b. 𝐵
⃗⃗ en fonction (2)
2. a. Exprimer le vecteur champ magnétique résultant 𝑩
⃗⃗ 1 et 𝑩
de 𝑩 ⃗⃗ 2, représenter⃗⃗⃗𝑩.
………………………………………………………………………………
b. Schématiser l’aiguille aimantée placée au point M.
c. Déterminer graphiquement et par calcul la valeur du champ magnétique B résultant.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………..……………………
⃗ 1, 𝐵
d. Déterminer la valeur de l’angle α = (𝐵 ⃗ ).
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
54
Exercices :
Exercice -1-
En un point M de l'espace, se superposent deux champs magnétiques ⃗⃗⃗⃗𝐵1 et ⃗⃗⃗⃗
𝐵2
créés par deux aimants dont les directions sont orthogonales. Leurs intensités sont
respectivement B1 = 5.10–3 T et B2 = 2.10–3 T.
1. Déterminer le pôle Nord de chaque aimant.
2. Représenter graphiquement le champ résultant⃗⃗⃗𝐵.
3. Calculer l’intensité de ⃗⃗𝐵 et α = (𝐵
⃗⃗⃗⃗⃗1 ; ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐵2 )
…………………………………………………………………………………………………….……………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -2-
On considère deux aimants droits A1 et A2.
L'aimant 1 crée au point A un champ magnétique d'intensité B1 = 0,4 T.
L'aimant 2 crée au point A un champ magnétique d'intensité B2 = 0,3 T.
1.Représenter pour chaque aimant, les vecteurs champs magnétiques ⃗⃗⃗⃗
𝐵1 et ⃗⃗⃗⃗
𝐵2
au point A. Echelle : 1 T ↔ 10 cm.
2. Déterminer graphiquement la résultante ⃗⃗𝐵 du champ magnétique au point A.
Calculer son intensité B.
3. Dessiner l'orientation d'une boussole qu'on placerait au point A.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -3-
On considère deux aimants droits A1 et A2 Orienter les lignes de champ.
L'aimant 1 crée au point A un champ magnétique d'intensité B1 = 2 mT.
L'aimant 2 crée au point A un champ magnétique d'intensité B2 = 3 mT.
1. Déterminer le pôle Nord de l’aimant A1.
2. Représenter graphiquement ⃗⃗⃗⃗𝐵2 et le champ résultant⃗⃗⃗𝐵.
3. Tracer et orienter les lignes de champ de l’aimant A2 entre les deux pôles.
4. Quelle propriété possède le vecteur B dans cette région de l’espace champ magnétique ?
Comment appelle-t-on un tel champ magnétique ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
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55
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Introduction :
Ce levier a un conducteur à travers lequel un courant électrique qui crée un
champ magnétique attire les pièces en fer.
- quelle sont les caractéristiques du champ magnétique crée par un courant
électrique ?
Remarque :
Application 1 :
Représenter le vecteur champ magnétique dans chacun des cas suivants :
56
3. Intensité du champ magnétique d’un conducteur rectiligne :
L'intensité du champ magnétique d'un conducteur rectiligne parcouru par un courant d'intensité I en un point M est donnée
par la relation suivante :
I : …………………………………………………………………………………..……...
d : ……………………………………………………………………………………..…..
𝝁𝟎 : ………………………………………………………………………………………..
Application 2 :
On considère un long conducteur rectiligne parcouru par un courant électrique d'intensité I =12A
1. Représenter le vecteur champ magnétique créé par le conducteur au point M.
………………………………………………………………………………………………………….
2. Calculer B l'intensité du champ magnétique créé par le conducteur au point M.
On donne d=3cm.
………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………….
Application 3 :
Calculer l’intensité du courant qu’il faut faire circuler dans un fil de cuivre pour que le champ magnétique à 1cm
du fil ait une intensité égale à 1mT.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 4 :
On pose un aimant droit à côté d'un fil conducteur rectiligne de longueur
infini. Tel que le fil est perpendiculaire au plan qui contient aimant. Le fil est
parcouru par un courant d’intensité I=15A dont le sens est indiqué dans la
figure ci-contre.
L’aimant crée en un point M distant du fil de d=2cm, un champ magnétique
d’intensité B2=4.10-4 T.
1. Calculer B1 l’intensité du champ magnétique crée par le courant électrique traversant le fil conducteur au point M.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Représenter sur la figure (sans échelle) au point M : ⃗⃗⃗⃗
𝐵1 le vecteur du champ magnétique crée par le courant électrique
traversant le fil conducteur, ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗T le vecteur du champ magnétique
𝐵2 le vecteur du champ magnétique crée par l’aimant, et 𝐵
total au point M.
………………………………………………………………………………………………………………………………..
3. Déterminer par calcul BT l’intensité du champ magnétique total au point M.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
57
a. Pourquoi la distribution des grains de limaille de fer change-t-elle lorsque le courant électrique traverse la bobine ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
b. Décrire les lignes de champ magnétique d’une bobine plate.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………….……
c. On change le sens du courant électrique traversant la bobine. Qu’observez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………..
Application 4 :
Une bobine plate de diamètre D =10cm et de nombre de spire N = 150, parcouru par un courant
.
d'intensité I =10A.
1. Représenter sur la figure au point O : ⃗⃗⃗⃗
𝐵 le vecteur du champ magnétique.
…………………………………………………………………………………………………………………………
2. Calculer l’intensité du champ magnétique crée par le courant électrique traversant la bobine plate au point O.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. Préciser la nature de la face visuelle (nord ou sud) de la bobine plate.
……………………………………………………………………….………….………………………………………………
4. Calculer le rayon de la bobine satisfait pour que le champ magnétique ait une intensité égale à 0,2mT.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
58
3. Le champ magnétique d’un solénoïde :
1. Définition :
Un solénoïde est constitué d’un fil conducteur enroulé et recouvert d'une couche
isolante autour d'un long et les spires peuvent être jointives ou non jointives.
Le solénoïde est caractérisé par son rayon 𝑹, sa longueur 𝑳 et le nombre de spires 𝑵
et il est deux types : un solénoïde court 𝑳<𝟏𝟎 𝑹 et un solénoïde long 𝑳≥𝟏𝟎 𝑹
Application 5 :
Un solénoïde de longueur L=20 cm comporte N=1000 spires de diamètre d=3 cm. Il est traversé par un courant
d’intensité I=200 mA.
1. Quelle est la valeur du champ magnétique à l’intérieur ?
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………………………………………………………………………………………………..…………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. Pour quelle valeur de I, l’intensité du champ est-elle égale à B’ =1.10-5 T ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………………..…………
59
Exercices :
Exercice -1-
Le schéma de la figure -1- contient un aimant droit qui crée un champ magnétique.
On place une aiguille aimante au point M qui indique ce champ magnétique qu’a
pour valeur B1 = 3. 10-3 T.
On approche du point M une bobine son axe est perpendiculaire à l’axe de l’aimant,
lorsque un courant I traverse la bobine l’aiguille se dévie d’un angle 𝛼 = 30°. Fig -2-
1. Comment on explique la déviation de l’aiguille.
2. Déterminer les caractéristiques du champ magnétique indique par l’aiguille.
3. Calculer l’intensité du champ magnétique crée par la bobine.
4. Sur la figure, Déterminer le sens du courant électriques dans la bobine.
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Exercice -2-
Un solénoïde de longueur Let de nombre de spires N=800 à l’intérieur du solénoïde A I B
se trouve une aiguillé aimantée mobile autour d’un pivote vertical passant par son
centre d’inertie (figure -1-).
Quand un courant électrique d’intensité I = 20mA traverse la bobine l’aiguille se dévie
d’un angle 𝜃 =45°
1. Sur le schéma représenter :
a. Le vecteur champ magnétique crée par le courant à l’intérieur du solénoïde.
b. Le vecteur champ magnétique indique par l’aiguille.
2. Déterminer les caractéristiques du champ magnétique crée par le courant.
3. Déduire la valeur de L.
4. Déterminer les caractéristiques du champ magnétique total à l’intérieur de solénoïde.
5. Au voisinage du solénoïde est placé un aimant droit (figure-2- ) qui crée un champ magnétique sa valeur à la position
de l’aiguille est B’ = 3. 10-6 T.
a. Calculer la valeur du champ magnétique indique par l’aiguille.
b. Calculer l’angle que forme l’aiguille avec l’horizontale.
On donne la composante tangentielle du champ terrestre BH = 2. 10-5 T.
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60
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Physique Lycée : Al Azhar
Introduction :
Le fonctionnement du haut-parleur et des moteurs électriques dépend des
forces électromagnétiques appelées forces de Laplace.
- Quelle est la force de Laplace ? Comment la réaliser ?
- Quelle est son expression ?
1. La force électromagnétique :
Activité :
On réalise le montage expérimental suivant en utilisant une tige de cuivre
(conducteur mobile). Car le cuivre n'est pas attiré par l'aimant.
1. Qu’observez-vous lorsqu’on ferme le circuit.
………………………………………………………………………………
2. Qu’observez-vous lorsqu’on change le sens du courant ou le sens du
vecteur de champ magnétique.
………………………………………………………………………………
Conclusion :
La tige est soumise à une force magnétique appelée force de Laplace.
1. Loi de Laplace :
Lorsqu’une partie d’un conducteur métallique de langueur l se trouve dans un champ magnétique 𝐵 ⃗
et parcourue par un courant électrique d’intensité I, elle est soumise à une force magnétique appelée
force de Laplace.
Application 1 :
Représenter, dans chacun des cas suivants, le vecteur de la force de Laplace :
Application 2 :
I
Deux rails métalliques parallèles horizontaux distants de 20cm sont reliés à un générateur
de courant continu d'intensité I = 0,5 A. Sur ces deux rails une tige métallique MN peut
glisser sans frottement en restant perpendiculaire aux rails. L'ensemble est plongé dans un
champ magnétique uniforme d'intensité B = 0,5 T, perpendiculaire au plan des rails.
1. Représenter le vecteur de la force de Laplace.
2. Calculer l’intensité de la force de Laplace.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
61
2. Application de la force de Laplace :
1. Le haut-parleur :
Le haut-parleur est composé des éléments suivants :
- Un aimant circulaire qui crée un champ magnétique radial.
- Une bobine en cuivre pouvant tourner autour du pôle nord de l'aimant.
- Une membrane liée à la bobine.
Application 3 :
Un haut-parleur électromagnétique est constitué d’un aimant permanent
de forme particulière, et d’une bobine parcourue par un courant et pouvant
coulisser sur l’un des pôles de l’aimant. La bobine est solidaire d’une
membrane M. (schéma ci-contre)
1. On suppose que le courant dans la bobine est continu.
a. Représenter par un vecteur le champ magnétique existant au niveau des
conducteurs.
b. En déduire la direction et le sens des forces électromagnétiques exercées
sur chaque spire de la bobine
c. Quel est l’effet de ces forces sur la membrane M ?
2. En réalité, le courant appliqué à la bobine est variable.
a. Quel est l’effet de ce courant sur la membrane ?
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…………………………………………………………………………………………………………………………..………
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…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
b. Pourquoi obtient-on un son ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
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62
Exercices :
Exercice -1-
Deux tiges de cuivre QR et ST constituent deux rails
conducteurs horizontaux sur lesquels peut se déplacer une
barre cylindrique MN qui ferme le circuit. Un aimant en U
crée un champ magnétique.
10 Le générateur a une f.é.m. de 6 V et la résistance totale du
circuit est 2 Ω. Quelle est la valeur de l'intensité I du courant
qui traverse le circuit ?
2. Quelle est la particularité du champ magnétique entre les
deux branches de l'aimant ? Donner la direction et les sens du
vecteur champ magnétique entre les branches de l'aimant.
3. La valeur du champ magnétique est B = 0,05 T. La longueur MN est de 10cm. On suppose que la barre est
soumise sur toute sa longueur au champ magnétique. Donner les caractéristiques de la force électromagnétique agissant
sur la barre MN.
4. On intervertit les pôles de l'aimant. Que se passe-t-il ?
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Exercice -2-
Un fil conducteur MN se trouve dans un espace de largeur d=25cm, dans lequel
se trouve un champ magnétique uniforme, la masse du fil MN est m=40g ;
lorsque on fait passer un courant d’intensité I le fil conducteur se déplace.
1. Quelle est la cause de déplacement du fil.
2. Trouver l’intensité du champ magnétique B sachant que F=P avec : F=force
électromagnétique, P=le poids de la tige MN avec I=6A , α=25°
3. Donner les caractéristiques de la force de Laplace.
4. Si on change l’intensité du champ magnétique B, que va-t-il arriver a la valeur de la force de Laplace.
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…………………………………………………………………………………………………………………………………..
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63
Chimie
Partie 1 : La mesure en chimie
64
Partie 1 : La mesure en chimie
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Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
L’eau est l’un des produits alimentaires les plus surveillés en chimie.
- Pourquoi mesurer en chimie ?
- Comment mesurer en chimie ?
Pour informer les consommateurs, le fabricant indique sur l'emballage la composition du produit ainsi que les doses de
ses constituants qui doivent être conformes aux normes de référence.
La concentration massique notée Cm d’une espèce en solution est égale au quotient de la masse m de l’espèce dissoute par
le volume V de la solution :
on la symbolise par :
Cm : ……………………………………………………………………………………….….
m : ……………………………………………………………………………………….…..
V : ……………………………………………………………………………………….…..
Application :
On fait dissoudre m = 5 g de glucose C6H12O6 dans 500 mL d'eau.
1. Calculer la concentration massique du glucose.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
2. la mesure pour contrôler et surveiller :
Activité 2 :
La richesse nutritionnelle du lait est contrôlée grâce à la mesure de sa densité et son état
de fraicheur est surveille par des mesure du pH.
Pour un lait de qualité, il faut : 1,030 < d < 1,034 et 6,5 < pH < 6,7
Lors d’un contrôle de la qualité d’un lait, on constate que sa densité est égale à 1,031
et son pH égal à 6,6
1. La qualité de ce lait est- il satisfaisante ?
………………………………………………………………………………………………
On surveille la qualité de quelques produits de façon continue comme le lait, le sang, le sol et certains produits
alimentaires etc….
66
2. Techniques de mesure en chimie :
1. Mesures approximatives et mesures précises :
Généralement, les mesures qui ne nécessitent pas une
grande précision peuvent être réalisés avec du matériel
simple (mesures approximatives), alors que ceux qui
nécessitant une grande précision demande du matériel
plus performant (mesures précises).
67
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Pour pouvoir établir un diagnostic, le médecin peut prescrire des analyses
qui sont effectuées dans des laboratoires spécialisés.
- Quelles sont les grandeurs indiquées sur les résultats d’une analyse
médicale ?
Application 1 :
Quel est nombre de moles de molécules d’eau contenu dans 12,7 .1024 molécules d’eau ?
………………………………………………………………………………………………………………….……………….
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
Remarque : Cette relation s'applique pour les solides les liquides (et même pour les gaz) mais il est plus commode
de caractériser un gaz par son volume que par sa masse.
Application 2 :
Déterminer la quantité de matière contenue dans 11,2g d'acide sulfurique H2SO4 .
On donne : M(H)=1g/mol ; M(O)=16g/mol ; M(S)=32g/mol.
………………………………………………………………………………………………………………….……………….
…………………………………………………………………………………………………………………………..………
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
Application 3 :
On considère un flacon de dichlore Cl2 de 1L .il est rempli de dichlore dans les conditions ou le volume vaut 24 L.mol -1 .
1. Calculer le nombre de moles de dichlore.
……………………………………………………………………………………………….…………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. En déduire la masse de dichlore contenu dans dans le flacon. On donne M(Cl) = 35,5 g.
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
b. Conclusion :
………………………………………………………………………………………………………………….……………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………..
4. La température absolue :
Le graphe suivant illustre la variation la pression d'une quantité de gaz
à volume constant en fonction de la température.
En prolongeant la courbe jusqu'à ce qu'elle se coupe avec l'axe de la
température centésimale, on constate que la pression s’annule
(théoriquement) lorsque la température est -273°C.
La température -273 correspond à l'origine de l'échelle de température
absolue c'est-à-dire zéro kelvin.
La relation entre la température absolue T et la température centésimale 𝜃 est :
69
5. Equation d’état d’un gaz parfait :
Un gaz est dit parfait si les interactions entre les molécules qui le constituent sont très faibles.
Equation d’état du gaz parfait est :
P : …………………………………………………………………………………………………
V : …………………………………………………………………………………………………
n : …………………………………………………………………………………………………
T : …………………………………………………………………………………………………
R : …………………………………………………………………………………………………
Application 4 :
A la température θ=15°C et sous la pression P =150 bar on remplit une bouteille de volume interne V=15L
de dihydrogène H2 gazeux .on considère ce gaz comme étant un gaz un gaz parfait.
On donne : la constante des gaz parfait R=8,314(SI) ; M(H)=1g/mol ; 1bar =1,00 .105 Pa
1. Calculer la quantité de matière du dihydrogène.
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………………………………………………………………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. En déduire sa masse.
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
Remarque :
La densité d’un gaz par rapport à l’air est donnée par la relation suivante :
La densité d est une grandeur sans unité.
Application 5 :
Un flacon de volume V = 0,80 L renferme une masse m = 1,41 g de propane gazeux C3H8.
On donne : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1
1. Calculer la masse molaire M du propane.
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
2. En déduire la densité du propane gazeux.
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
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3. Déterminer la quantité de matière n de propane contenu dans le flacon.
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
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4. Calculer le volume molaire Vm du propane dans les conditions de l’expérience.
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70
Exercices :
Exercice -1-
Le composant essentiel du savon a pour formule C18H35O2Na.
1. Quelle est la masse molaire du savon ?
2. Quelle est la quantité de matière en savon dans une savonnette de 125 g ?
Données : M (O) = 16,0 g.mol-1 ; M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,00 g.mol-1 ; M(Na) = 23,00 g.mol-1
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Exercice -2-
A 20°C, l’hexane de formule chimique C6H14 est un liquide de masse volumique égale à 𝜌 = 0,66 g.cm-3.
On a besoin d’un échantillon de n = 0,19 mol d’hexane à 20°C.
Données : M (C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1
1. Calculer la masse molaire M de l’hexane.
2. Exprimer puis calculer la masse m de l’échantillon d’hexane.
3. Exprimer puis calculer le volume d’hexane à prélever pour obtenir la quantité voulue.
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Exercice -3-
L’oxyde d’azote N2O est utilisé comme gaz anesthésiant en chirurgie ou comme propulseur dans les bombes aérosol.
H Données : Vm = 25,0 L.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(N) = 14,0 g.mol-1
1. Quelle est la masse molaire de l’oxyde d’azote ?
2. Quelle quantité de matière contient un volume V = 50 mL de ce gaz.
3. Calculer la masse de ce gaz.
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Exercice -4-
Un pneu de voiture est gonflé à la température de 20°C sous la pression de 2,10 bar. Son volume intérieur, supposé
constant, est de 30 L. Données : constante du gaz parfait, R= 8,314 SI
1. Quel quantité d'air contient-il ?
2. Après avoir roulé un certain temps, une vérification de la pression est effectuée : la pression est alors de 2,30 bar.
Quelle est alors la température de l'air enfermé dans le pneu ?
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Exercice -5-
Un ballon de volume V = 5L contient du dioxygène O2 sous une pression P1 = 1005 hPa et à une température θ = 28°C.
1. Déterminer le volume molaire dans ces conditions.
2. Calculer la quantité de matière n du dioxygène présente dans le ballon.
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71
Exercice -6-
1. Calculer la quantité de matière de dioxyde de carbone CO2 contenue dans 10 mL de ce gaz
2. Evaluer le nombre de molécules de dioxyde de carbone.
3. Quelle est la masse molaire du dioxyde de carbone ?
4. En déduire la densité de ce gaz.
5. Calculer la masse de 10 mL de ce gaz.
6. En déduire la masse volumique de dioxyde de carbone gazeux.
Données : VM = 25,0 L.mol-1 ; NA = 6,02. 1023 mol-1 ; M (O) = 16,0 g.mol-1 ; M(C) = 12,0 g.mol-1
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Exercice -7-
Deux récipients sont reliés par un tube de volume négligeable muni d’un robinet. Les 2 récipients contiennent un gaz
parfait. La température de 27°C ne varie pas pendant l’expérience.
- La pression P1 et le volume V1 (récipient 1) sont respectivement : 2,0.105 Pa et 2,0 L.
- La pression P2 et le volume V2 (récipient 2) sont respectivement : 1,0.105 Pa et 5,0 L.
1. Calculer les quantités de matière n1 et n2 de gaz dans chaque récipient.
2. On ouvre le robinet. En déduire le volume total VT occupé par le gaz.
3. Déterminer PT, la pression du gaz lorsque le robinet est ouvert.
Données : constante du gaz parfait : R= 8,314 SI
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Exercice -8-
Un flacon A de volume VA = 0,80 L renferme une masse mA = 1,41 g de propane gazeux C3H8.
1. Calculer la masse molaire MA du propane C3H8. Données : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1
2. Déterminer la quantité de matière nA de propane contenu dans le flacon.
3. Calculer le volume molaire Vm du gaz dans les conditions de l’expérience.
4. Dans les mêmes conditions de température et de pression, un flacon B de volume VB = 2 VA renferme une masse
mB = 3,71 g d’un gaz inconnu.
Démontrer que la masse molaire MB de ce gaz est d’environ 58 g.mol-1.
5. Ce gaz est un alcane de formule générale CxH2x + 2 où x est un entier positif. Déterminer la formule brute de cette
espèce chimique.
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72
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
En agriculture, la croissance de ces plantes est favorisée par l’apport
d’engrais.
L’engrais représenté ici est une solution aqueuse contenant des ions nitrates,
potassium , phosphore ,..
- Qu’est-ce qu’une solution aqueuse ionique ?
- Comment la préparer et déterminer sa concentration ?
Une liaison covalente est produite entre deux atomes dans laquelle chaque
atome participe avec un ou plusieurs électrons de sa couche externe afin de
former un doublet d'électrons liant les deux atomes. La molécule est polaire
si le barycentre des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges
négatives.
- Dans le cas d'une molécule composée de deux atomes identiques, le doublet d'électrons liant
n'est pas attiré vers aucun des deux atomes. Alors, on dit que la liaison covalente n'est pas polarisée
et la molécule est non polaire.
- Dans le cas d'une molécule composée de deux atomes différents, l'atome le plus électronégatif
attire le doublet d'électrons liant vers lui. Alors, on dit que la liaison covalente est polarisée.
Ainsi, Il en résulte l'apparition d'une petite fraction de la charge négative (𝜹−) sur l'atome le plus
électronégatif alors qu'une petite fraction de la charge positive (𝜹+) apparaît sur l'autre atome.
Donc, on dit que la molécule est polaire.
Remarque :
Les molécules ayant le caractère dipolaire ont une solubilité dans l'eau et agissent comme un dipôle électrostatique.
73
2. La polarité d’une molécule de chlorure d’hydrogène :
La molécule de chlorure d'hydrogène est constituée d'un atome de chlore et d'un atome
d'hydrogène lié par une liaison covalente simple.
Puisque le chlore est plus électronégatif que l'hydrogène, la liaison covalente est polarisée.
Puisque le barycentre des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges négatives,
la molécule est polaire.
Application 1 :
Soient les deux molécules suivantes : la molécule de dioxyde de carbone CO2 et la molécule de sulfure d’hydrogène H2S.
1. Établir la géométrie de chaque molécule.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Étudier le caractère dipolaire de chaque molécule.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
c. Conclusion :
Equation de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau : …………………………………………….…..……………….
74
Application 2 :
- Le sulfate de sodium Na2SO4 est un solide ionique.
- Le bromure d’hydrogène HBr est un gaz formée des molécules polaires.
- L’acide nitrique HNO3 est un liquide formé par des molécules polaires.
1. Écrire les équations rendant compte des dissolutions de ces espèces dans l’eau.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………….………
4. La concentration molaire :
La concentration molaire d’une solution est donnée par la relation suivante :
C : …………………………………………………………………………………..…………..
n : …………………………………………………………………………………..…………..
V : ……………………………………………………………………………………..………..
La concentration molaire d’une espèce dissoute X (concentration molaire effective) est donnée par la relation suivante :
[𝑿] : ………………………………………………………………………………………………
n(X) : ………………………………………………………………….………………………….
V : …………………………………………………………………….………………………….
Exemple :
Soit une solution de Chlorure de cuivre (II) : On note C la concentration molaire de la solution.
D’après l’équation de dissolution du solide : CuCl2 (s) 1 Cu2+ + 2 Cl-
2+ -
Donc : [Cu (aq) ] = 1c ; [Cl (aq) ] = 2c
Donc :
Application3 :
Une masse 𝑚 = 17,1𝑔 de sulfate d’aluminium 𝐴𝑙2(SO4)3 solide est dissoute dans 𝑉 = 250𝑚𝐿 d’eau.
1. Quelle est la quantité de matière de soluté dissous dans l’eau ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………….…………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Trouver la concentration molaire en soluté apporté de la solution obtenue.
……………………………………………………………………………………………………………………………..……
………………………………………………………………………………………………………………………..…………
………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. En déduire la concentration molaire en soluté apporté de la solution obtenue.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………….……
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
4. Ecrire l’équation bilan de la dissolution du sulfate d’aluminium dans l’eau.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….……...
5. En déduire les concentrations molaires des ions 𝐴𝑙3+ et SO42- dans la solution.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….………
……………………………………………………………………………………………………………………………….….
Données : M(Al)=27 g.mol-1 ; M(S)=32 g.mol-1 ; M(O)=32 g.mol-1
75
Exercices :
Exercice -1-
On fait dissoudre m = 51,3 g de sulfate d'aluminium Al2(SO4)3 (composé ionique) dans 500 mL d'eau.
1. Ecrire l'équation de dissolution.
2. Calculer la concentration de soluté apporté.
3. Calculer la concentration molaire de chaque espèce d'ions dans la solution.
Données : M (Al) = 27 g / mol ; M (S) = 32 g / mol ; M (O) = 16 g / mol
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
Exercice -2-
On veut préparer 100mL d’une solution de chlorure de fer (III) (Fe3+) telle que la concentration molaire effective en ions
chlorure soit [Cl-]=0,750 mol.L-1
1. Ecrire la formule du chlorure fer (III).
2. Ecrire l’équation de la réaction de dissolution du chlorure de fer (III) dans l’eau.
3. Quelle est la concentration molaire apportée en chlorure de fer (III) ?
4. Quelle masse de chlorure de fer (III) doit-on peser pour préparer la solution désirée ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
Exercice -3-
Dans la chimie, le terme « potasse » peut englober les solides ioniques suivant : le chlorure de potassium KCl et le
chlorure de magnésium MgCl2, utilisés pour fabriquer des savons mous et des engrais.
1. Ecrire les équations de dissolution dans l’eau des deux solides ioniques MgCl2 et KCl.
2. On mélange un volume V1=100mL d’une solution aqueuse de chlorure de potassium KCl de concentration
C1= 0,1mol.L-1 avec un volume V2=400mL d’une solution aqueuse de chlorure de magnésium MgCl2 de concentration
C2= 0,05mol.L-1. Calculer les concentrations molaires effectives des ions dissouts dans la solution finale .
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………………………………………
76
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Dans la photo ci-contre nous observons une réaction du fer fondu avec
le dioxygène qui produit des gerbes de lumière.
- Comment le chimiste réalise-t-il des transformations chimiques pour
obtenir des nouveaux corps ?
- Comment le chimiste peut-il suivre des transformations chimiques ?
2. Réaction chimique :
On modélise une transformation chimique par un modèle simple qui peut décrire cette transformation qu'on appelle
réaction chimique et qu'on représente par une équation chimique dans laquelle les réactifs et les produits sont représentés
par leurs formules :
Exemple : ……………………………………………………………………………………………………………………..
2. Tableau d’avancement :
Pour suivre l’évolution de la réaction on trace un tableau
descriptif en utilisant l’avancement de la réaction qu’on
appelle le tableau d’avancement de la réaction.
Dans un tableau d’avancement donné on doit écrire
l’équation de la réaction équilibrée puis on trace le tableau
de la manière ci-contre :
77
3. Le réactif limitant :
Le réactif limitant est le réactif qui met fin à la réaction, c’est le premier réactif qui est totalement consommé .
4. Avancement maximal :
L’avancement maximal xmax est l’avancement de la réaction qui correspond à la disparition totale du réactif limitant.
Application 1 :
La combustion du fer Fe solide dans le dioxygène O2 gazeux produit l’oxyde de fer magnétique Fe3O4.
1. Ecrire puis équilibrer l’équation de la réaction.
………………………………….…………………………………………………………………………………………….
2. Tracer le tableau d’avancement de la rection pour un mélange initial de 3 mol de fer et 4 mol de O2.
Application 2 :
Sachant que la combustion complète du pentane gazeux C5H10 dans le dioxygène O2 entraine la production du dioxyde
de carbone CO2 et de l’eau.
1. Ecrire puis équilibrer l’équation de la réaction.
…………………………………………………………………………………………………………..……………………..
2. Tracer le tableau d’avancement de la rection pour un mélange initial de 10 mol de pentane et 40 mol de O2.
79
Exercice -3-
L’oxyde de fer magnétique Fe3O4 réagit avec l’oxyde de carbone CO et il en résulte le fer Fe et le dioxyde
de carbone CO2. On donne le tableau d’avancement de la réaction :
80
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Pour surveiller le degré de pollution des mers, les experts utilisent des
appareils des mesures qui sont placés dans des lieux différents des mers
et des océans, pour mesurer quelques grandeurs physiques importantes
comme la conductance, la conductivité, etc.
- Qu’est-ce que la conductance et la conductivité d’une solution ?
- Comment les exploiter dans une étude chimique ?
2. Définition de la conductance :
La conductance d'une solution exprime son aptitude à conduire le courant électrique,
elle est égale à l’inverse de la résistance.
G : …………………………………………………………………………………….
R : …………………………………………………………………………………….
I : ……………………………………………………………………………………..
U : …………………………………………………………………………………….
- Conclusion :
On effectue la mesure de la conductance de différents échantillons (de concentrations connues) d'une solution
électrolytique du même type de solution électrolytique inconnue « d’une concentration inconnue », puis on trace
la courbe 𝑮 = 𝒇 (𝑪) appelée courbe d'étalonnage.
On effectue la mesure de la conductance de la solution inconnue, et à l'aide de la courbe d'étalonnage, on détermine
sa concentration.
Application 1 :
On plonge totalement une cellule conductimétrique constituée de deux plaques parallèles (de surface S=1,0cm2)
distantes de L=1,0cm dans une solution ionique. La tension appliquée entre les deux électrodes de la cellule est
U=1,00V et l’intensité électrique mesurée est I=12,0mA.
1. Déterminer la résistance et la conductance de la portion de solution comprise entre les deux électrodes.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………….…………………………
2. Calculer la constante de la cellule.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. Déterminer la conductivité de la solution.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………….……………
Application 2 :
On prépare une solution de chlorure de fer III, FeCl3 en dissolvant une masse m=410mg de ce solide dans 500mL d’eau.
1. Ecrire l’équation de la dissolution.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. Déterminer la concentration C de la solution obtenue.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
83
3. Déterminer la concentration effective de chaque espèce ionique en solution.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………….………
4. Déterminer la conductivité de cette solution.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………...……….
…………………………………………………………………………………………………………………….……………
On donne : M(Cl)=35,5g/mol ; M(Fe)=56g/mol
Application 3 :
Aux bornes d’une cellule conductimétrie plongée dans une solution 𝑆1 d’acide chlorhydrique (𝐻+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙− (𝑎𝑞) )
branchée sur un générateur alternatif, on a mesuré une tension efficace de 18 𝑉 et une intensité efficace de 𝟑𝟕, 𝟖. 𝟏𝟎−𝟑 𝑨.
1. Calculer la conductance 𝑮𝟏 de la solution 𝑆1 .
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Calculer la valeur de la constance de la cellule 𝒌 en (m), sachant que 𝛔𝟏 = 𝟒𝟗, 𝟓. 𝟏𝟎−𝟑 𝑺. 𝒎−𝟏
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. On plonge la même cellule conductimétrie dans les deux solutions :
𝑆2 d’acide sulfurique (2H+ (𝑎𝑞) + SO2− 2+ 2−
4 (𝑎𝑞)) et 𝑆3 de sulfate de cuivre 𝐼𝐼 (𝐶𝑢 (𝑎𝑞) + SO4 (𝑎𝑞)).
a. Calculer la conductance 𝑮𝟐 , sachant que la conductivité de la solution 𝑆2 est 𝛔𝟐 = 𝟗𝟐, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑 𝑺. 𝒎−𝟏
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
b. Calculer 𝝈𝟑 de la solution 𝑆3 de concentration 𝑪 = 𝟏 𝒎𝒐𝒍. 𝒎−𝟑 , et puis déterminer 𝑮𝟑 .
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
On donne : 𝜆𝐶𝑢2+ = 10,8. 10−3 𝑆. 𝑚2 . 𝑚𝑜𝑙 −1 ; 𝜆𝑆𝑂42− = 16,0. 10−3 𝑆. 𝑚2 . 𝑚𝑜𝑙 −1
4. Trouver la conductance 𝑮𝟒 d’une portion de la solution (𝑆4) de chlorure de cuivre (𝐶𝑢2+ (𝑎𝑞) + 2𝐶𝑙− (𝑎𝑞)) de même
concentration et de mêmes conditions expérimentales identique.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
84
Exercices :
Exercice -1-
On plonge totalement une cellule conductimétrique constituée de deux plaques parallèles (de surface S=1,0cm2)
distantes de L=1,0cm dans une solution ionique. La tension appliquée entre les deux électrodes de la cellule est U=1,00V
et l’intensité électrique mesurée est I=12,0 mA
1. Déterminer la résistance et la conductance de la portion de solution comprise entre les deux électrodes.
2. Déterminer la conductivité de la solution.
3. Quelle serait la valeur de la conductance si on immergeait à moitié les électrodes dans la même solution ?
4. Quelle serait la valeur de la conductance si on divisait par 2 la distance séparant les électrodes totalement immergées
dans cette même solution ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -2-
On plonge totalement une cellule conductimétrique constituée de deux plaques parallèles distantes de L=1.5cm dans
une solution de chlorure de fer III FeCl3 de concentration C= 10-2 mol/L. La tension appliquée entre les deux électrodes
de la cellule est U=2V et l’intensité électrique mesurée est I=10mA.
1. Déterminer G la conductance de la portion de solution comprise entre les deux électrodes.
2. Déterminer 𝝈 la conductivité de la solution. On donne : 𝝀 (Fe3+) = 2,04 .10-3 S. m2 /mol ; 𝝀 (Cl-) = 7,36 .10-3 S. m2 /mol
3. En déduire la valeur de k la constante de la cellule.
4. Déterminer la surface S émergée des électrodes en m2 puis en cm2.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
85
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Les couleurs rouge et verte des sortes de chou sont dues à la présence d’une
molécule, la cyanidine, qui peut exister sous deux formes, basique et acide.
- Quel est le type de réaction qui se produit entre ces deux formes ?
- Comment s’écrivent leurs équations chimiques ?
Application 1 :
Compléter le tableau suivant :
Couple acide / base Acide Base Demi-équation acido-basique
NH4+ / NH3
HNO3 ↔ NO-3 + H+
-
H2O / HO
H3O + ↔ H2O + H+
Remarque : H2O dans le couple …………………………… joue le rôle ……………………………... , alors que dans
le couple …………………..………..il joue le rôle ……………………….. .On l’appelle …………………………….. .
Application 3 :
On donne les équations des réactions acido-basiques suivantes :
a. NH3 + CH3CO2H NH4+ + CH3CO2-
- - 2-
b. HSO3 + HO SO3 + H2O
c. HNO3 + NH3 NO3 + NH4+
-
+ -
d. H3O + HO 2 H2O
Parmi ces réactions, identifiez les couples acide/base mis en jeu.
a. ……………………………………………………………………………………………….………………………………
b. ………………………………………………………………………………………………………………………………
c. ………………………………………………………………………………………………………………………………
d. ………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Application :
a. Versons dans un tube à essais un peu d’acide éthanoïque CH3COOH et ajoutons quelques
gouttes du BBT. On constate l’apparition de la couleur jaune qui caractérise la forme HIn
de l’indicateur coloré.
Au cours de cette transformation il y’a réaction entre le couple ……………………………….
et …………………………………………….. .
- La demi-équation (1) : …………………………………………………………………….
- La demi-équation (2) : …………………………………………………………………….
L’équation de la réaction acido-basique : ……………………………………………………………………………..
La forme acide HIn prédomine et sa couleur apparaît, le BBT est jaune.
b. Versons dans un tube à essais un peu d’une solution d’ammoniac NH3 et ajoutons quelques
gouttes du BBT. On constate l’apparition de la couleur bleue qui caractérise la forme In-
de l’indicateur coloré.
Au cours de cette transformation il y’a réaction entre le couple ……………………………….
et …………………………………………….. .
- La demi-équation (1) : …………………………………………………………………….
- La demi-équation (2) : …………………………………………………………………….
L’équation de la réaction acido-basique : ……………………………………………………………………………..
La forme basique In- prédomine et sa couleur apparaît, le BBT est bleue.
87
Exercices :
Exercice -1-
1. L’acide perchlorique HClO4, l’acide formique HCO2H et l’ion oxonium H3O+ sont des acides au sens de Brönsted.
Ecrire la demi-équation acido-basique qui permet de le justifier, et préciser à chaque fois le couple acide/base mis en jeu.
2. L’ammoniac NH3, les ions hydroxyde HO– et sulfure S2– sont des bases au sens de Brönsted.
Ecrire la demi-équation acido-basique qui permet de le justifier et préciser, à chaque fois, le couple acide/base mis en jeu.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -2-
Soit les demi-équations acido-basiques :
H2O + H+ ↔ H3O+ ; N H4+ ↔ NH3 + H+
1. Indique, en justifiant ton choix, quels sont les bases parmi les espèces chimiques ci-dessus.
2. Ecris le couple acido-basique pour chaque demi-équation acido-basique.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -3-
Soit les couples acido-basiques suivantes :
CH3NH3 /…………… ; …………… / CO32- ; H2S / ……………. ; ……………… / HCO3-
1. Compléter pour chaque couple l'’entité manquante.
2. Y a-t-il une espèce ampholyte ? Si oui laquelle ?
3. Ecrire les demi-équations acido-basiques associées aux couples acido-basiques de l’ampholyte.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -4-
On donne les équations de réaction suivantes :
a. CH3NH2 + CH3CO2H CH3NH+3 + CH3CO–2
b. Ag+ + Cl– AgCl
–
c. HO + C4H9CO2H H2O + C4H9CO-2
d. HO– + HCO–3 H2O + CO3–2
e. H2CO2 + CH3OH HCO2CH3 + H2O
–
f. HCl + NH3 Cl + NH4+
Parmi les réactions ci-dessus, quelles sont celles qui sont des réactions acido-basiques ? Pour ces réactions, identifiez
les couples acide/base mis en jeu.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -5-
1. L’ion phénolate C6H5O– est une base au sens de Brönsted.
a. Ecrire la demi-équation permettant de le justifier.
b. Ecrire l’équation de la réaction qui a lieu entre cette base et l’acide acétique CH3CO2H.
2. Ecrire l’équation de la réaction entre l’acide nitreux HNO2 et l’ammoniac NH3.
3. Ecrire l’équation de la réaction entre l’acide fluorhydrique HF et l’ion borate BO2–
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -6-
On mélange une solution S1 de l’acide éthanoïque CH3COOH de volume V1=20ml et de concentration C1=0.1 mol.L-1,
avec une solution S2 de l’ammoniaque NH3 de volumeV2=30 ml et de concentration C2=0.151 mol.L-1
1. Ecrire les demi-équations acido-basiques et déduire la réaction totale de la transformation.
2. Dresser le tableau d’avancement de la réaction.
3. Calculer les concentrations d’ions a l’état final.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
88
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
La rouille est formée à cause d’une réaction chimique entre le métal fer
et le dioxygène de l’air en présence de l’humidité. Ce type des réactions
s’appelle réaction d’oxydo-réduction.
- Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydo-réduction ?
- Comment s’écrivent les équations chimiques des réactions
d’oxydo-réduction ?
2. Le couple oxydant/réducteur :
Un couple oxydant / réducteur (noté oxd / red) est constitué d’un oxydant et d’une réducteur qui se transforment l’une en
l’autre par un transfert de n électrons, et qui sont généralement lies par la demi-équation : …………………………………
Exemples :
89
Application 1 :
Compléter le tableau suivant :
Couple oxd / red Oxydant réducteur Demi-équation oxydo-réduction
Cu2+ / Cu
Ag+ + e- ↔ Ag
-
I2 / I
Exemple :
la réaction entre l’oxydant du couple MnO4- /Mn2+ et le réducteur du couple Fe3+/ Fe2+
- Isoler une première demi-équation électronique :
………………………………………………………………………………………………..…………………..…………….
- Assurer la conservation de l'élément oxygène avec des molécules d'eau :
………………………………………………………………………………………………………..…..…………………….
- Assurer la conservation de l'élément hydrogène avec des protons solvatés :
………………………………………………………………………………………………………………………………….
- Assurer la conservation de la charge avec des électrons :
…………………………………………………………………………………………………………………………….…….
- Refaire les étapes ci-dessus pour l'autre demi-équation électronique :
……………………………………………………………………………………………………………………………..……
-Réunir les deux demi-équations électroniques précédentes et en déduire l'équation-bilan :
………………………………………………………………………………………………………..…………………………
……………………………………………………………………………………………………………………..……………
……………………………………………………………………………………………………………………….…….……
Application 2 :
Soit les couple ox/red suivante : Fe2+ / Fe ; Cr2O72-/ Cr3+.
1. Écrire les demi-équations électroniques des couples oxydant/réducteur ci-dessus.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction qui traduit la transformation entre les ions de fer II et les ions
dichromate.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Application 3 :
Identifier les couples ox/red et écrire les demi-équations dans le sens où elles se produisent.
a. Hg + 2 Ag+ → Hg2+ + 2 Ag
b. 2 H+ + Zn → H2 + Zn2+
a. …………………………………………………………………………………………………………………………….....
…………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………….………………
b. …………………………………………………………………………………………………….………………………....
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
90
Exercices :
Exercice -1-
Soit les couple ox/red suivante : Al3+/Al .; Mg2+/Mg
1. Écrire les demi-équations électroniques des couples Oxydant/Réducteur ci-dessus.
2. Écrire l’équation de la réaction d’oxydo-réduction qui traduit la transformation entre l’aluminium et les ions
de magnésium.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -2-
On donne l’équation suivante : Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag
1. Identifier les couples ox/red mis en jeu et écrire les demi-équations correspondantes.
2. Quelle espèce joue le rôle : a) d’oxydant ? b) de réducteur ?
3. Quelle espèce subit : a) l’oxydation ? b) la réduction ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -3-
Ecrire les demi-équations électroniques des couples Oxydant/Réducteur suivants :
Br2/Br- ; ClO-/Cl2 ; NO3-/NH4+ ; O3/O2 ; HClO/Cl2 ; O2 / H2O ; NO3/ NO
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -4-
Écrire les demi-équations électroniques puis l’équation de la réaction qui se produit entre :
1. le fer métallique et les ions H+ de l’acide chlorhydrique conduisant à la formation d’ions Fe2+.
2. le fer métallique et les ions NO3- de l’acide nitrique conduisant à un dégagement de monoxyde d’azote.
Données : les couples ox/red : Fe2+/Fe ; H+/H2 ; NO3-/NO
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
Exercice -5-
On émerge une plaque de zinc Zn dans une solution de nitrate d’argent (Ag+ (aq) + NO3- (aq)) de volume V=100mL
et de concentration C=0,1mol/L et on obtient un dépôt d’argent Ag sur la partie immergée de la plaque de zinc
et formation des ions Zn2+.
1. Donner la demi-équation d’oxydoréduction correspondant à chacun des couples Ag+/Ag et وZn2+/Zn et puis
déduire l’équation bilan.
2. Déterminer les quantités de matière initiales des réactifs.
3. Sachant que le zinc est utilisé par excès, tracer le tableau d’avancement et déterminer l’avancement maximum.
4. Déterminer la masse d’argent déposée à la fin de la réaction sur la plaque de zinc.
5. Déterminer la masse de zinc qui a réagi.
6. Quelle est la concentration des ions Zn2+ dans la solution obtenue à la fin de la réaction ?
Données : M(Ag)=107,9g/mol ; M(Zn)=65,4g/mol.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
91
Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Il est souvent nécessaire, dans certains cas, de déterminer la concentration
d’une espèce chimique dans une solution en réalisant une analyse
quantitative en faisant intervenir quelques espèces, de ces solutions, dans
des réactions oxydoréduction ou acido-basique.
On appelle dosage, les opérations chimiques qui permettent de déterminer
la concentration d’une solution ou la quantité de matière d’une espèce
chimique donnée.
- Quelle est le principe du dosage ?
- Comment réaliser le dosage ?
3. L’équivalence :
Au début et avant l'équivalence le réactif ……………. est limitant.(car il disparait complètement dès qu'on l'introduit
dans le bécher).
En continuant à ajouter le réactif …………... le réactif …………… se consomme progressivement jusqu'à sa disparition
complète : (à ce moment l'équivalence est atteint, le mélange réactionnel devient stœchiométrique).
Le volume ajouté de la solution titrante pour obtenir l’équivalence appelé le volume à l’équivalence, noté ………….
On peut repérer le point d'équivalence par l'une des méthodes suivantes :
- Soit par changement de la couleur du mélange réactionnel. (cas des réactions d'oxydoréductions).
- Soit par changement de la couleur d'un indicateur coloré. (cas de réactions acido-basiques).
- Soit en traçant la courbe de la variation d'une grandeur physique par suivi de son évolution en fonction du volume versé
de la solution titrant. (cas du dosage conductimétrique ou dosage par pH-métrie).
2. Dosage calorimétrique :
Pour titrer une solution de sulfate de fer II (Fe2+ + SO42-) par
une solution de permanganate de potassium (K+ + MnO4-) :
- On remplit la burette avec la solution de permanganate de potassium
de concentration 𝐶2 = 3. 10-2 𝑚𝑜𝑙.𝐿−1
- Le bécher contient un volume 𝑉1 = 20 𝑚𝐿 d’une solution sulfate
de fer II de concentration 𝐶1 inconnu.
- On ajoute progressivement la solution de permanganate de potassium
93
jusqu'au point d'équivalence qui correspond au début de l'apparition de la couleur violette dans le bécher et on indique
le volume ajouté Véq=13,3mL .
Application :
On désire par cet exercice déterminer la concentration molaire C0 en acide acétique CH3COOH du vinaigre du commerce,
on prépare alors une solution diluée 100 fois de concentration CA. Ensuite, on prélève un volume VA = 10 mL de cette
solution diluée que l'on dose par une solution d'hydroxyde de sodium (Na+ + HO-) de concentration CB = 10-2 mol.L-1.
Le volume de réactif titrant (hydroxyde de sodium) versé à l'équivalence vaut V BE = 9,7 mL.
1. Identifier les deux couples acido-basiques mis en jeu dans ce titrage et écrire l'équation de la réaction.
………………………………………………………………………………………………………………….………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. En utilisant un tableau d’avancement simplifié, trouvé et la relation d’'équivalence ?
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
3. Calculer la concentration en acide acétique CA de la solution de vinaigre diluée.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
4. En déduire la concentration C0 en acide acétique du vinaigre commercial.
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
94
Exercices :
Exercice -1-
On dose, par titrage conductimétrique, un volume VA = 20 mL de la solution d'acide
nitrique HNO3 de concentration CA par une solution d'hydroxyde de sodium (Na+ + HO-)
de concentration CB = 0.2 mol/L.
Le suivi du titrage par conductimétrie permet de tracer le graphe G = f (VB) ci-contre :
1. Faire un schéma légendé du dispositif de titrage.
2. Etablir l’équation de la réaction de dosage.
3. Etablir un tableau d’avancement.
4. Déterminer la relation d’équivalence.
5. Déterminer le volume équivalent Véq du titrage.
6. Déterminer la concentration CA de la solution d'acide nitrique.
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Exercice -2-
Pour déterminer la concentration C1 en diode I2 d’une solution de Tarnier, on dose un volume V1=25 mL de solution
de Tarnier par une solution de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-) de concentration C2=0,02 mol/L.
Données : - Couples oxydant / réducteur mis en jeu : I2 / I- et S4O62- / S2O32-
- Le volume versé à l’équivalence est égal à Véq=12,1 mL.
1. Etablir l’équation de la réaction de dosage.
2. Etablir un tableau d’avancement.
3. Déterminer la relation d’équivalence.
4. Déterminer la concentration C1 de la diode.
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Partie 2 : Chimie organique
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Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
La chimie organique est constamment présente dans notre vie quotidienne
(santé, vêtements, habitation, énergie et transports, alimentation, etc...).
Elle s’implique aussi dans la vie elle-même, puisqu’elle règle tout le
fonctionnement cellulaire des organismes vivants : activité musculaire
et nerveuse, digestion, respiration, et même activité cérébrale.
- Quel est l’élément de base en chimie organique ?
- Comment est-il lié aux atomes voisins ?
Les quatre liaisons de l’atome de carbone peuvent être distribuées de quatre façons différentes
dans l’espace.
- Quatre liaisons covalentes simples : Dans la molécule de méthane 𝐶𝐻4 , l’atome de carbone
forme 4 liaisons covalentes simples avec 4 atomes d’hydrogène, la molécule à la forme d’un
tétraèdre régulier.
- Une liaison double et deux liaisons simples : Dans la molécule de l’éthylène 𝐶2𝐻4 l’atome
de carbone forme une liaison covalente double avec l’autre atome de carbone et deux liaisons
covalentes simples avec 2 atomes d’hydrogènes, la molécule forme un trigonale plane.
97
- Une liaison triple et une liaison simple : Dans la molécule de l’acétylène 𝐶2𝐻2 chaque atome
de carbone a une liaison triple avec l’autre atome de carbone et une liaison simple avec un atome
d’hydrogène. La molécule est linière.
- Deux liaisons covalentes doubles : Dans la molécule de dioxyde de carbone 𝐶𝑂2 chaque atome
de carbone forme une liaison covalente double avec un atome d’oxygène et une liaison covalente
double avec l’autre atome de carbone. La molécule est linière.
- La chimie fine : Elle produit des molécules plus complexes utilisées dans la formation
et la fabrication de produits pharmaceutiques ou para-chimiques.
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Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
Les figues ci-contre sont des modèles de différentes molécules organiques.
- Comment lire la formule d’une molécule organique ?
……………… ………
……. ………
b. Les chaînes carbonées linéaires, ramifiées, cycliques :
- La chaîne est dite ……………….. lorsque chaque atome de carbone n’est lié qu’à deux autres atomes de…….
carbone au plus.
- La chaîne est dite ………………… lorsqu’un ou des atomes de carbone sont liés à plus de deux autres atomes de carbone.
- La chaîne est dite ………………. lorsque tous ses atomes de carbone sont liés à deux autres atomes de carbone au moins.
Exemple :
……… ……
……… ……
……….…
3. Représentation des molécules
……. organiques : ……
a. La formule brute : …………
…….
….
La formule brute indique le nombre et la nature des atomes constituant la molécule.
Exemple : la formule brute du butane est : ………………………………………………………………………………..…
b. La formule développée :
La formule développée fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre les atomes de la molécule.
Exemple : la formule développée du butane est : ……………………………………………………….………………….
…………………………………………………….…………………….
c. La formule semi- développée :
La formule semi- développée fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre les atomes à l'exception des
liaisons avec les atomes d'hydrogène.
Exemple : la formule semi- développée du butane est : ……………………………….……………………………………..
d. L’écriture topologique :
L’écriture topologique est une représentation simplifiée dans laquelle la liaison entre les atomes de carbones est
représentée par un segment dont chaque extrémité correspond à un atome de carbone.
Exemple : L’écriture topologique du butane est : ………………………………..………………………………………….
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4. Les isomères :
Les molécules qui ont la même formule ….…… mais ont des formules ………………différentes s'appelles des isomères.
Exemple :
…………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Les alcanes :
1. Définition :
Les alcanes sont des …………………………………………..…. . Leur formule brute générale est ; …………………. ,
𝑛 est le nombre d’atomes de carbone du squelette carboné.
- Lorsque les mêmes radicaux sont répétés on utilise les préfixes multiplicateur (mono, di, tri,...) pour indiquer leur nombre.
Exemples :
S
Alcane ramifié Son nom Sa formule topologique
100
c. Cas des alcanes cycliques (Les cycloalcanes) :
Les cyclo-alcanes sont des hydrocarbures cycliques saturés dont la formule brute générale est : ……………. Avec : …….
Le nom d'un cycloalcane s'obtient en utilisant le préfixe ''cyclo'' suivi par le nom de l'alcane correspondant.
Exemples :
101
d. Cas des halogénoalcanes :
Un halogénoalcane est un composé organique saturé qui possède (au moins) un atome d’halogène noté X : F pour fluor,
Cl pour chlore, Br pour brome et I pour iode. "
Le nom de l’halogénoalcane s'obtient en utilisant le préfixe "fluoro", "chloro", "bromo" ou "iodo" suivi par le nom de
l'alcane correspondant.
Exemples :
b. L'isomérie de position :
Exemple :
3. Les alcènes :
1. Définition :
Les alcènes sont des ………………………………………….. caractérisés par la présence d'une double liaison C=C .
Leur formule brute générale est : ……………….. , n entier naturel ……….
102
2. Nomenclature des alcènes :
- Le nom de l’alcène est établi comme celui de l’alcane correspondant en remplaçant le suffixe ''ane'' par ''ène''.
- La chaîne principale est la chaîne la plus longue qui contient la double liaison.
- On numérote la chaîne de façon que le premier atome de carbone de la liaison 𝐶 = 𝐶 ait le plus petit numéro possible.
Exemples :
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Niveau : 1 BAC SX.F Matière : Chimie Lycée : Al Azhar
Introduction :
La saveur de certaines légumes et fruits est due à l’alcool, au composé
carbonique ou à l’acide carboxylique.
- Qu’est-ce qui distinguent ces groupes ?
- Quelles sont les formules pour les groupes distincts de chacun ?
2. Le carbone fonctionnel :
Le carbone qui porte le groupe caractéristique s'appelle carbone fonctionnel.
Exemples :
2. Les alcools :
1. Définition :
La molécule d'un alcool possède le groupe hydroxyle ………….……lié à un atome de carbone d’une chaîne carbonée.
La formule brute générale des alcools est : ……………………………… ou ………………..……..
4. Les aldéhydes :
1. Définition :
La molécule d’un aldéhyde possède le groupe : ………………………..……….… ou ……………………..…
La formule brute générale des aldéhydes est : ……………………..…………… ou ……..…………..…….…..
5. Les cétones :
1. Définition :
La molécule d’une cétone possède le groupe carbonyle: ………………………….……….…
La formule brute générale des cétones est : ……………………..…………..…
……
………………………….. ………………………….. …………………… ……………………
6. Les amines :
1. Définition :
La molécule d’un amine possède le groupe amino : ………………………….……….…
La formule brute générale des amines est : ……………………..…………..…
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Cours, Activités,
…Exercices
ف ل
نسأل الله ا و ق
ت ت
06 13 71 31 02
filaliabderrahimf.a@gmail.com
106