Pendule, calorimètre, culture générale en physique. Concours technicien St Etienne 2013

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Pour les 3 dispositifs ci-dessous donner le nom usuel du domaine de rayonnement électromagnétique concerné ainsi que les longueurs d’ondes limites (en nm) :
Dispositif N°1 :
Lampe permettant la révélation
en chromatographie
Dispositif N°2 :
Source de lumière blanche
Dispositif N°3 :
Caméra permettant la
visualisation d’une source de
chaleur
domaine UV proche
domaine visible
domaine proche IR et moyen
longueurs d'onde limites
200 à 400 nm
longueurs d'onde limites
400 à 800 nm
longueurs d'onde limites
0,8 µm à 50 µm.
Si on fait abstraction des couches d'air qui entourent la terre, combien de temps (en secondes) mettra une onde lumineuse pour parcourir la distance terre/lune ?
(Nota : distance terre/lune=384400 km).
t = d/c = 3,844 108/(3,0 108) =1,28 ~1,3 s.
Citez 3 unités de mesure de Pression.
1 bar = 105 Pa = 760 mm Hg.
Ecrivez la loi des gaz parfaits, attribuez à chaque symbole la grandeur physique qu'elle représente et précisez les unités dans le Système International (S.I).
PV = nRT
P : pression ( Pa) ; V : volume ( m3) ; n : quantité de matière (mol) ; R = 8,314 J K-1 mol-1 ;T : température (K).
Quelle relation relie la température en kelvin et la température en degrés Celsius ?
température en kelvin = 273 + température en degré Celsius.
A quoi correspond la température T = 0 K ?
T=0 K correspond au zéro absolu.
Pendule.
On considère un pendule simple constitué d’une bille B reliée par un fil inextensible F à un axe A :


Energie cinétique : Ec = ½mv2.
Energie potentielle de pesanteur :
Ep = mgl(1-cos q).
M0 : origine de l'énergie potentielle de pesanteur.


Si vous construisez réellement ce pendule simple et que vous lâchez la bille à la position notée P1,
va t'elle atteindre la position P2 ? Pourquoi
?
Non, une partie de l'énergie mécanique est dissipée dans les frottements.


Un enseignant vous apporte un pH-mètre dont l'écran ne s'allume plus lorsqu'il est branché sur une prise secteur correctement alimentée. Le schéma de principe est le suivant :


L’appareil étant mis hors tension, et dans le respect des règles de sécurité, indiquez deux
vérifications basiques que vous pouvez effectuer
.
Le fusible de l'appareil peut être défectueux.
La prise du secteur est-elle alimentée.
Le fusible F (250V, 630mA) est soupçonné d’être défectueux, quel(s) appareil(s) de mesure pouvez-vous utiliser pour le vérifier ?
Vérifier si le fusible est défectueux ou non à l'aide d'un multimètre utilisé en ohmmètre. Si le fusible est bon, sa résistance électrique est très faible ; s'il est défectueux, sa résistance est très grande, l'appareil peut même indiquer O L (Out of Limit ).

Pour remplacer le fusible F, vous disposez des modèles ci-dessous, entourez le (ou les) modèle(s) qui conviennent.
250 V 63 mA ; 250 V 0,63 A ; 250 V 630 µA.
630 mA = 0,63 A  ;
630 µA = 0,63 mA.



Citez un système d’exploitation informatique ( « Operating System » ).
Windows ( PC) ; Mac OS ( Apple) ; Linux.

Donnez le nom de cet appareil et légendez le schéma ci-dessous :
Un calorimètre est un appareil destiné à mesurer les échanges de chaleur..


.


Lors d'une expérience vous devez brancher une résistance chauffante qui va permettre d'élever la température de l'eau contenue dans l'appareil précédent. Pour cela, vous
disposez d'un générateur G de tension continue U=6V, d'un rhéostat RH (résistance variable) dont la valeur ohmique maximale est égale à 20 ohms, d'une résistance de chauffe RC dont la valeur ohmique est égale à 10 ohms.Vous devez inclure un multimètre M qui vous permettra de calculer la puissance dissipée par effet Joule dans la résistance de chauffe.
Dessinez le montage adapté : le multimètre est utilisé en ampèremètre.


Pour augmenter la température de l'eau sur quel composant pouvez-vous agir ?
Il faut augmenter l'intensité, c'est à dire diminuer la résistance du rhéostat.
Quelle quantité de chaleur faut-il fournir à un vase en fer pesant 190 g pour élever sa température de 21°C à 41°C? (Nota : chaleur massique du fer = 440 J.kg-1.K-1).
m Cfer Dq = 0,190 *440*(41-21) =1672 ~1,7 103 J.
Complétez les cases vides des tableaux ci-dessous : (S.I : Système International).
Grandeur physique
Unité (SI)
Symbole de l'unité SI
température
kelvin
K
intensité
ampère
A
tension
volt
V
force
newton
N
masse volumique
kilogramme par mètre cube
kg/m3
densité
sans unité


Préfixe
Symbole
Facteur ( puissance de 10 )
péta
P
1015
déca
da
10
nano
n
10-9
hecto
h
100
femto
f
10-15
téra
T
1012
Effectuer les conversions ci-dessous :
3 L = 3 000 mL ; 250 mL = 250 cm3 ; 48,5 µm = 48 500 nm ; 1,85 dam3 = 1850 da L ; 60 km /h = 60/3,6 m/s = 16,7 m/s ; 23 mm2 = 23 10-6 m2.
L'indication de la capacité volumique nominale d'un bécher s'est effacée avec le temps :

En assimilant le bécher à un cylindre parfait et à l'aide la de cotation ci-dessus (cotes en mm) retrouvez la capacité volumique nominale et exprimez-la en mL.
V = pr2h =3,14 * (79,8 10-3 /2)2 *50 10-3 =2,50 10-4 m3 =  250 cm3 = 250 mL.




Pour les besoins d'une manipulation de chimie, vous devez utiliser une électrode spécifique dont la forme est la suivante :

A l'aide de la cotation ci-dessus (cotes en mm), calculez la surface de l’électrode et exprimez-la  en cm2 (Nota : l’électrode est parfaitement symétrique droite/gauche et haut/bas).
4 [ 4,5*3-0,25*3,14*22 +0,25*3,14*62-
0,25*3,14*32] = 4*31,56 ~ 126 cm2.




  

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