Exam Science ST
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17 juin 2022
Univers matériel
Organisation de la matière
Modèle atomique
La matière est la substance qui compose toute chose qui nous entoure. Elle doit occuper un espace et
posséder une masse. La matière se trouve principalement sous 3 états (liquide, solide, gazeux)
(autre:plasma).
Rutherford-Bohr:
Le tableau périodique
4 famille:
- Alcalin (famille I)
- métaux mou
- très réactif (réagit fortement à l’eau, forme des bases)
- seulement trouvé en composé en nature
- bon conducteur d’élect. et de chaleur
- alcalino-terreux (famille II)
- métaux très malléables
- réactif (moins réactif que alcalins)
- bon conducteur d’élect. et de chaleur
- seulement trouvé en composé en nature
-
- halogène (famille VII)
- non-métaux très colorés
- extrêmement réactif
- élément corrosif, toxique, bactéricide (produit désinfectant)
- seulement trouvé en composé en nature
- gaz inertes ou gaz noble
- Non-métaux incolore
- peu réactif: très stable pcq 8 électrons de valence
- trouvé seulement sous forme atomique en nature
**Les périodes déterminent le nb de couche électronique (1ère couche=2 électron)(2e couche=8 électrons)(3e=8 électrons)
Propriétés physiques des solutions
Molécules et les ions
Ions: atome ou molécule qui porte une charge suite à un gain ou une perte de 1 ou plusieurs électrons
règle de l’octet: tendance d’acquérir la configuration électronique d’un gaz inerte (8 électrons de valence)
Solvant: substance qui dissout un soluté La concentration en ppm est utilisé lorsque la concentration d’une substance est très petite
soluté: substance qui se dissout dans un autre Solution aqueuse: solvant est de l’eau
m=masse (g) 1%= 1ml/100ml (v/v) 1ppm= 1g/1000L= 1mg/1L (1000 L=1kL)
Dilution: ajout dans un solvant dans une solution (concentration diminue) vid alloprof g/L: https://youtu.be/-dGITaofA1A
Évaporation: retrait du solvant dans une solution (concentration augmente)
vid alloprof % : https://youtu.be/0QHGEp1LY6U
vid alloprof ppm https://youtu.be/SxpjZlBmVAg
Conductibilité électrique (électrolyte ne sont pas à l’exam)
Non-électrolytique:
➔ substance, qui dissoute dans l’eau, ne se dissocie pas en ions
➔ ne permet pas le passage du courant électrique
Électrolyte:
➔ Acides: substance qui libère des H+ dans l’eau (composé d’un ion H+ et d’un non-métal)
➔ Base: substance qui libère des OH- dans l’eau (composé d’un ion OH- et d’un métal)
➔ Sel: substance qui libère des ions dans l’eau autres que H+ et OH- (comp. métal et non-métal)
Acide: commence par H (sauf pour CH3COOh) Base: finit par OH-
La somme des charges des ions lors d’une dissociation électrolytique est toujours nulle
Le pH
Le pH (potentiel d’hydrogène), est une mesure qui permet de déterminer le degré
d’acidité
➔ combustion vive: libère bcp d’énergie sous forme de chaleur et lumière en peu de temps
◆ ex: feu d’artifice, essence dans un moteur de voiture, allumette
➔ Combustion spontanée: combustion vive qui atteint temp. d’ignition sans agent extérieur
◆ ex: feu de forêt causé par sécheresse,
➔ Combustion lente: se fait sur une longue période de temps, sans flamme
◆ corrosion des métaux, respiration cellulaire, fermentation et décomposition
photosynthèse et respiration cellulaire
La respiration cellulaire: réaction qui fournit l’énergie nécessaire au bon fonctionnement des cellules de la majorité
des vivants. C’est une forme de combustion lente
Formule : Glucose+O2= CO2 + énergie + eau (intrants: glucose et o2, extrant: CO2, eau, énergie)
La photosynthèse: réaction qui fournit du glucose et du dioxygène grâce à l’énergie solaire en prenant le CO2 et
absorbant de l’eau. S’effectue grâce à la chlorophylle, qui capte l’énergie lumineuse. Contraire de la resp. cell.
Formule: Énergie+ eau+ CO2= glucose + O2 (intrant: eau, CO2 et énergie solaire, extrant: glucose et O2)
Neutralisation acidobasique
Réaction entre un acide et une base qui forment de l’eau et du sel:
➔ lors de la neutralisation, on veut avoir un pH de 7, donc il doit avoir la même qté de H+ et de OH-
pour que ca soit neutre
Balancement d’équation chimique
transformation physique: nature des molécules ne changent pas. Seul l’état de la substance change (liquide, gaz, solide)
Transformation chimique: nature des atomes ne changent pas, mais il y a réorganisation des liaisons entre les atomes, qui
forment de nouvelles molécules. La nature des produits est différente des réactifs
Une particule neutre peut attirer certaine particule neutre (phénomène d’induction)
Conducteur: permet de circuler librement, ce qui n’est pas le cas d’un isolant
➔ Le noyau des métaux exercent une faible attraction sur leurs électrons de valence. Ils sont donc de bons
conducteurs électriques car leurs charges négatives peuvent passer facilement d’un atome à un autre.
➔ L’électrisation peut se faire par frottement, lorsqu’on frotte deux objets de mat. différents, des électrons
peuvent être transférés à l’autre objet. Le transfert dépend de l’affinité du matériau.
Électrisation par induction: objet chargé est mis à proximité d’un objet neutre qui peut provoquer un déplacement
de charges négatives dans l’objet neutre, sans contact des deux objets.
➔ Objet chargé pos= attraction aux électrons de l’objet neutre Choc électrique et foudre=
➔ Objet chargé neg= répulsions des électrons de l’objet neutre transfert de charges (décharges)
entre 2 corps pour neutraliser les
charges
vid alloprof: https://youtu.be/7yDmRF7bGGg
Les circuits électriques
➔ Circuit en série: les éléments sont branché à la suite de l’autres
➔ Circuit en parallèle: branché de façon pour qu’il y a au moin 1 embranchement
Intensité du courant (I): nb de charge qui circulent par seconde en 1 point donné d’un circuit électrique
(ampère(A)), intensité du courant est mesuré grâce à un ampèremètre branché en série
Différence de potentiel (U): Qté d’énergie transféré entre 2 points d’un circuit par chacune des charges (volt (V)),
différence de potentiel est mesuré grâce à un voltmètre branché en parallèle.
Résistance électrique (R): capacité d’un matériaux de s’opposer au passage du courant électrique (Ohm (Ω),
dans un graphique, la résistance correspond à la pente (taux de variation) (y1-y2/x2-x1=pente)
Puissance électrique:
P=UI: P:puissance électrique(W) (correspond au travail qu’un appareil peut faire par seconde)
U:différence de potentiel(V)
Champs magnétique(aimant): région de l’espace dans laquelle la force magnétique de l’aimant agit
➔ plus les lignes de champ magnétisme sont rapprochées, plus intensité du champ est grande
➔ des pôles magnétiques contraires s’attirent, pôles semblables se repoussent
➔ aiguille d’une boussole s’oriente selon les lignes de champ magnétisme
➔ les lignes de champ magnétisme s’éloignent du pôle nord et se dirige vers le pôle sud
matériaux ferromagnétiques: (contient fer, cobalt ou nickel) influencés par les champs magnétiques. S’ils
sont soumis à un champ magnétique très fort, ils peuvent acquérir propriétés magnétiques (devient
aimant artificielle)
alloprof https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/le-champ-magnetique-autour-des-aimants-s1176
Le champ magnétique d’un fil électrique
La règle de la main droite permet de déterminer la direction des lignes du champ
magnétique généré dans un fil droit parcouru par un courant électrique.
➔ Pergélisol se réchauffe et devient un sol vaseux instable: glissement de terrain, construction devient impossible
➔ Fonte du pergélisol peut entraîner la libération de gaz enfouis dans le sol, qui produisent des gaz à effets de serre
➔ augmentation de la végétation et modification des écosystème à cause libération d’eau et de nutriment provenant du
sol
Les ressources énergétiques de la lithosphère
Combustible fossile: énergie produite à partir de la combustion du pétrole, charbon ou gaz naturel (centrale électrique, voiture, chauffage)
➔ avantages:
◆ technologie peu coûteuse et accessible
➔ Inconvénients:
◆ énergie non renouvelable
◆ production à gaz à effet de serre et autre polluants
Nucléaire: énergie contenue dans le noyau des atomes, créé grâce à l’uranium (centrale nucléaire)
➔ avantages:
◆ production de bcp d’énergie demandant peu de ressources
◆ peu de production de gaz à effet de serre
➔ inconvénients:
◆ non renouvelable
◆ production de déchets radioactifs
◆ technologie coûteuse
◆ risque d’accident nucléaire (fukushima, tchernobyl)
Énergie thermique: énergie reliée à la chaleur interne de la Terre (centrale électrique géothermique, chauffage et climatisation)
➔ avantages:
◆ renouvelable
◆ peu de production de gaz à effet de serre
➔ inconvénients:
◆ technologie coûteuse
Hydrosphère
Bassins versants
Un bassin versant désigne un territoire qui recueille les eaux pour les concentrer dans un même point
Ligne de partage des eaux: frontière entre 2 bassins versants. Situé sur crête des montagnes et collines
L’eau circule de l’amont vers l’aval
Amont: endroit d'où provient un cours d’eau
Aval: endroit où s'écoule un cours d’eau (point bas)
Éléments influençant la façon dont l’eau circule à l’intérieur d’un bassin versant:
➔ topographie (forme, pente et relief du terrain)
➔ climat (précipitation, vents et température)
➔ géologie (nature, profondeur, structure des roches)
➔ végétation (densité et diversité)
➔ aménagements humains
Circulation océanique
Salinité: mesure de la qté de sels dissous dans un volume donné d’eau.
Thermocline: zone où la température de l'eau change rapidement. Entre les eaux superficielles et les eaux profondes (séparation eau chaude
et eau froide)
Boucle de circulation thermohaline: ensemble des courants marins forme une boucle de circulation qui déplacent les eaux océaniques
partout dans le monde.
Banquises et glaciers
Glacier: masse de glace formée par le tassement et accumulation de couches de neige sur
de la terre ferme. (eau douce)
banquise: glaces qui flottent sur les océans près des pôles (mélange d’eau douce et d’eau
salé)
➔ Avantage:
◆ renouvelable et pas de production à effet de serre
➔ inconvénients:
◆ peu de site propices à l'installation de centrales marémotrice
◆ eaux salé dommage la centrale
Hydraulique: énergie produite par le mouvement de l’eau (centrale hydroélectrique: courant fait tourner la turbine)
➔ Avantages:
◆ renouvelable et pas de production à effet de serre
➔ Inconvénients:
◆ inondation des terres (destruction d'écosystème et mercure)
➔ Avantage:
◆ renouvelable et pas de production à effet de serre
➔ Inconvénients:
◆ Technologie coûteuse
Atmosphère
Effet de serre
Effet de serre: phénomène naturel qui permet de retenir une partie de la chaleur émise par le
Soleil dans l’atmosphère de la planète. L'activité humaine peut renforcer ce processus.
1. rayons du soleil traversent atmosphère
2. une partie du rayonnement est réfléchie par l'atmosphère et réchauffe l’air
3. L'énergie solaire est absorbée par la surface de la Terre et la réchauffe
4. La terre émet une partie de la chaleur qu’elle a absorbé, sous forme de
rayons infrarouges
5. Une partie du rayonnement infrarouges traverse l'atmosphère
6. Les GES emprisonnent une partie des rayons infrarouges et les renvoient
vers la Terre.
Conséquence d’augmentation des GES sur la Terre:
➔ réchauffement climatique
➔ fonte des glaciers et banquise
➔ hausse du niveau des océans
➔ perturbation des écosystèmes
➔ périodes de sécheresse importante
Ressource énergétique de la Terre
Solaire: énergie produite par le rayonnement du soleil
➔ avantages:
◆ énergie renouvelable
◆ aucune production de GES
◆ possibilité d’alimenter en énergie les régions éloignées
➔ inconvénients:
◆ production variable selon la saison et les nuages
◆ technologie coûteuse
➔ avantage:
◆ énergie renouvelable
◆ aucune production de GES
➔ Inconvénients:
◆ production de pollution visuelle et sonore
◆ production variable selon le vent
Cycles biogéochimiques
Cycle du carbone
Il correspond à l'ensemble des échanges carbone sur la planète. Le carbone est
l'élément de base de la plupart des molécules de notre corps
1. photosynthèse
2. Consommations *besoin humain (
3. respiration cellulaire
4. Décomposition et fermentation (urine, selles, org. mort) (production)
5. Déforestation et feux de forêt *combustion
6. Formation de coquilles et de squelette (CaCO3)
7. formation de roches
8. combustion
9. éruption volcanique
10. décomposition de déchet
11. formation de combustible fossile
cycle de l’azote
Ensemble des échanges d’azote sur la planète
1. fixation de l’azote: bactéries captent l’azote de l’atmosphère et le transforment en
ammonium (NH4+)
2. nitrification: autres bactérie oxydent le NH4+ ce qui forme des nitrites et nitrates
3. absorption d’azote par les végétaux par les végétaux et les animaux: végétaux
comblent leur besoin en azote en puisant des sols ou de l’eau les nitrites et les nitrates,
les animaux comblent leur besoin en mangeant des végétaux ou d’autres animaux qui
eux ont mangé des végétaux
4. décomposition des déchets: formation de déchets azotés (selle, urine, org. mort)
5. Dénitrification: bactéries transforment nitrates en azote atmosphérique
Matériaux
Les contraintes
Contraintes: forces externes exercées sur un matériau et qui tendent à le déformer.
Neutralité chimique: réagit peu chimiquement avec d’autres subst. (ex: verre)
Les catégories de matériaux
Catégorie Propriétés recherchées
Métaux: matériaux extraits d’un minerai Métaux et alliages: Dureté, conduct.
Alliage: résultat du mélange homogène élec., conduct. thermique, magnétisme
d’un métal avec une ou plusieurs (protéger contre oxydation grâce à
autres subst. (alliage ferreux=maj fer) peinture, huile, graisse ou placage zinc)
Guidage en rotation
Guidage hélicoïdal
Système de transmission du mouvement
Un ensemble d’organes qui permettent de communiquer un mouvement d’une
pièce à une autre sans modifier la nature du mouvement.
Avantages:
Inconvénients:
Avantages:
Inconvénients:
1. difficile à construire
2. ajustement précis des dents avec le pas de la vis
3. s’use rapidement
Système à chaîne et à roues dentées
- sens de rotation de la roue d’entré et de la roue de sortie sont identiques
- est réversible
- vitesse de rotation peut être modifié en changeant le nb de dents ou leurs diamètres
Avantage:
Inconvénients:
1. Bruyant et vibre
2. lubrification constante
3. la chaîne doit être ajustée pour être assez tendue
4. vitesse de rotation a une certaine limite car les roues ont tendance à dérailler lorsque le mécanisme tourne trop
vite ou lorsque la chaîne est tendue
5. Coût élevé pour installation
Système à courroie et à poulies
- L’adhérence de la courroie sur les poulies réalise l’entraînement du système
- est réversible
- Si relié par une courroie directe=sens de rotation pareille, si courroie croisée= sens de rotation inversé
- On peut modifier la vitesse de rotation en utilisant des poulies de différents diamètre
Avantages:
1. silencieux
2. pas besoin de lubrification
3. transmet mouvement très rapide
4. élasticité de la courroie permet d’éviter des saccades et rend fluide le mouvement de rotation
Inconvénients:
Avantages:
Inconvénients:
courant électrique: déplacement ordonné des charges négatives (électrons) dans un matériau conducteur.