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TS2 devoir de Sciences physiques Jeudi 15 novembre 2001 |
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Physique:
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I. Mesure de la composante horizontale du champ
magnétique terrestre BH: 1°) Quelle est la particularité du champ magnétique à l’intérieur d’un solénoïde parcouru par un courant continu ? 2°) On rappelle l'expression de la valeur du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde de longueur L, comportant N spires et parcouru par un courant d'intensité I : B = µ0NI/L Calculer la valeur de B pour un solénoïde ayant les propriétés suivantes : N = 800 spires ; L = 40 cm et pour I = 500 mA. 3°) Dessiner le vecteur champ magnétique à l’intérieur du solénoïde suivant :
Justifier 4°) Une aiguille aimantée est placée à l'intérieur du solénoïde. En l'absence de courant, elle s'oriente perpendiculairement à l'axe du solénoïde. A quel champ magnétique est due son orientation ? 5°) Lorsqu'un courant circule, elle tourne d'un angle a par rapport à cette position. On mesure les différentes valeurs de l’angle a pour différentes valeurs de I. Les résultats sont les suivants : I (mA) 4 8 12 16 20 tana 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Tracer le graphe I = f(tana) ; en déduire la relation entre I et tana. 6°) Schématiser les champs magnétiques qui agissent sur l'aiguille déviée d'un angle a. 7°) Exprimer BH la composante horizontale du champ magnétique terrestre en fonction de tana et I 8°) Calculer sa valeur. Donnée : µ0 = 4p.10-7 uSI II. Equilibre d’un pendule électrostatique : Un pendule électrostatique (petite boule suspendue à un fil souple) est placé entre deux armatures métalliques verticales et parallèles soumises à une tension U = 2880 V et distantes de 10 cm. 1°) Comment ce dispositif se nomme-t-il ? 2°) Quelles sont la nature et les propriétés du champ qui règne en cette portion de l’espace ? 3°) La masse de la boule est m = 2,5 g ; elle a été chargée par électrisation et porte une charge q inconnue. La boule est immobile, le fil étant incliné de 30° par rapport à la verticale. a) Faire un schéma. b) Faire un bilan précis des forces exercées sur la boule. c) Représenter ces forces sur le schéma. Quelle relation existe-t-il entre ces forces ? Justifier. Déduire de cette relation la charge portée par la boule. On pourra réaliser une résolution graphique en
représentant les forces à la même échelle que l’on précisera sur le schéma. On prendra g = 10 N / kg. On rappelle que sin(30°) = 0,5 (pour ceux qui n’ont pas de rapporteur). |
barème 0,5 1 1 0,5 0,5 1,5 1 2 1 0,5 1,5 0,5 1,5 1 2 |
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Chimie : I. Déboucheur liquide : Pour déboucher les canalisations, on utilise des produits domestiques contenant de l'hydroxyde de sodium. Le fabricant indique une densité égale à 1,2 et un pourcentage massique d'hydroxyde de sodium de 20%. La masse molaire de l'hydroxyde de sodium est de 40 g.mol-1. 1°) Calculer en détaillant la démarche la concentration molaire de la solution commerciale. 2°) On désire vérifier ce résultat par un dosage à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration: cA = 5,0.10-2 mol.L-1. a) Faire le schéma légendé du dispositif et écrire l'équation chimique du dosage. b) Calculer le volume de solution d'acide chlorhydrique qu'il faudrait utiliser pour doser 5 mL de solution commerciale. c) Montrer qu'une dilution au 40ème de la solution commerciale permet de réaliser le dosage d'une prise d'essai de 5 mL en un seul remplissage de burette (volume total 25 mL) par la solution d'acide chlorhydrique précédente. 3°) Indiquer un protocole de dilution permettant d'obtenir la solution diluée 40 fois. II. Etude chimique d’un lait : Le lait est un milieu chimique d'une extraordinaire complexité. Nous allons nous intéresser, dans un premier temps, à l'un de ses constituants, l'acide lactique. 1°) L'acide lactique, de formule CH3-CHOH-COOH provient de la fermentation du lactose contenu dans le lait. Ecrire l'équation de dissociation de cet acide dans l'eau ainsi que le couple acide-base correspondant. 2°) A 25°C, le pKA de ce couple vaut 3,9.
Exprimer puis calculer la constante d'acidité KA relative à ce
couple à cette température. 3°) Un lait a un pH de 6,7 à 25°C, quelle est l'espèce qui y prédomine? Justifier. 4°) L'acide lactique se forme progressivement dans le lait sous l'action de bactéries. La détermination de l'acidité d'un lait est donc une bonne indication de sa fraîcheur. On se propose de doser l'acidité d'un lait qui n'a subi aucun traitement par une solution de soude de concentration cB = 5.10-2 mol/L. Ecrire l'équation chimique entre l’acide lactique et la soude et montrer qu'elle est quantitative. 5°) Le volume du prélèvement est de 20 mL ; L'évolution du dosage est suivie par pH-métrie. Les résultats sont les suivants : |
1,5 1 1 1 1 1 0,5 1 1 |
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VB mL |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
11 |
11,5 |
12 |
12,5 |
13 |
14 |
16 |
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pH |
2,9 |
3,2 |
3,6 |
3,9 |
4,2 |
4,6 |
4,9 |
6,3 |
8,0 |
10,7 |
11 |
11,3 |
11,5 |
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Tracer le graphe pH = f(VB). Déterminer le point d'équivalence. Calculer la masse d'acide lactique dans un litre de lait. Un lait frais ne dépasse pas 1,8 g/L d'acide lactique. Ce lait est-il frais? 7°) Quel est le pH du mélange au point d'équivalence? Justifier son caractère acido-basique. 8°) Qu'est-ce que la demi-équivalence du dosage? Quel est le pH en ce point? Justifier. |
1 0,5 1 0,5 1 1 |
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