QCM chimie, physique, sciences des matériaux. Concours technicien en sciences des matériaux Lorraine 2014

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55) Le nombre de Reynolds Re (sans dimension) permet de caractériser l'écoulement d'un fluide visqueux dans une conduite. Il est proportionnel à la masse volumique, à la vitesse du fluide et à une longueur caractéristique, et inversement proportionnel à la viscosité dynamique du fluide.
Donner les dimensions (dans le système international d’unités) de la masse volumique, de la vitesse et de la longueur. Par une analyse dimensionnelle, déterminer la dimension de la viscosité.
Masse volumique en kg m-3 : [µ] = M L-3.
Vitesse en m s-1 :  [v]=L T -1. Longueur en mètre.
Re = k µ v L / h ;
h = k µ v L / Re avec k une constante sans dimension.
[
h]=M L-3 L T -1L = M L-1 T -1. ( kg m-1 s-1 ou Pa s).

56) Donner la relation entre:
la longueur d'onde l et la pulsation w d’une onde électromagnétique.
l = c / n avec n = 2p / w ;
l = c  w/ (2p).
 la longueur d'onde  l et l'énergie E d'une onde électromagnétique.
l =hc / E.

57) Qu'est-ce qu'un matériau monocristallin, un matériau amorphe, un matériau polycristallin?
Monocristallin : solide constitué d'un seul et même cristal.
Policristallin : solide constitué d'une multitude de petits cristaux de taille et d'orientation variées.
Amorphe : les atomes ne respectent aucun ordre à moyenne ou à grande distance.

58) Qu’est-ce qu’un quasi-cristal ?
C'est un solide qui possède un spectre de diffraction ( comme les cristaux) mais dont la structure n'est pas périodique.  La structure des cristaux est périodique.

59) Cristallographie : structure métallique
Le chrome (M = 52g.mol-1) cristallise dans le système cubique centré, avec le paramètre de maille a = 2,8879 angströms ( 288,79 pm).
Représenter une maille.

La tangence s'effectue suivant la grande diagonale du cube :
a racine carrée (3) = 4 R.
 Donner le nombre d’atome par maille.
Les 8 atomes situés aux sommets du cube sont communs à 8 mailles et comptent pour 1/8=0,125. Celui du centre, commun à une seule maille, compte pour une unité.
Nombre d'atomes de chrome appartenant à la maille : 8* 0,125 +1 = 2.
 Donner la définition de la compacité.
La compacité C, comprise entre 0 et 1, mesure le taux d'occupation de l'espace par les atomes ou les ions assimilés à des sphères. C= volume occupé / volume de la maille.
Calculer la compacité de la structure et en déduire la densité du chrome.
Volume occupé : 2*(4/3pR3) ; volume de la maille : a3 ; et R/a = racine carrée (3) /4= 0,433.
C= 8/3p (R/a)3=8/3*3,14*0,4333 = 0,68 , structure peu compacte.
Masse volumique
µ (kg m-3) = masse d'une maille (kg) divisée par le volume de la maille (m3).
Masse d'une maille : masse de deux atomes de chrome m = 2*masse molaire (kg) /nombre d'avogadro soit 2*52 10-3 / 6,023 1023 = 1,73 10-25 kg.
Volume d'une maille a3 = (288,79 10-12)3= 2,41 10-29 m3.
µ
= 1,73 10-25 / (2,41 10-29 )=7,18 103 kg m-3. Densité du chrome d = 7,18.

60) Donner la définition d'un matériau composite.
La vergence d'une lunette astronomique est nulle : c'est un système afocal.

61)  Donner les grands types de liaisons chimiques et leurs caractéristiques.
Liaisons fortes :
Liaison covalente : deux atomes partagent deux électrons d'une de leur couche externe. La liaison covalente est directionnelle.
Liaison ionique : les atomes ( d'électronégativité très différente) ou les ions sont liés par attraction coulombienne. Cette liaison est non dirigée, ni localisée.
Liaison métallique : formée entre atome d'électronégativité voisine, assurée par un nombre d'électron inférieur à deux, plus faible que les précédentes.
Liaisons faibles :
Liaison hydrogène entre un atome d'hydrogène et un atome électronégatif possédant un ou plusieurs doublets libres.
Liaison de van der Waals : attraction entre dipôles électriques permanents.





62) Gestion de stock.
L'ensemble des chercheurs d’un laboratoire utilise 22,5 g d'un produit chimique chaque semaine. On souhaite constituer un stock de sorte à disposer de ce produit en ayant 6 mois d'avance. Ce produit est vendu en flacon de 100 g au prix de 179 euros l'unité.
Combien de flacons doit-on commander pour approvisionner le stock ?
6 mois = 26 semaines ; masse de produit : 22,5 *16 =585 g. Il faut commander 6 flacons.

63) Analyse de données
On réalise des mesures de durée de vie d’une micro-décharge consécutive au claquage d’un diélectrique. Au terme d’une série de mesure, on obtient la distribution en durée de vie des évènements donnée dans le tableau ci-dessous.
n : nbre
d'événements
95303
23386
6191
1810
568
216
75
36
19
4
Total
127608
x : durée de vie (ms)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

Effectif cumulé
19060,6
23737,81
27452,4
28900,4
29468,4
29727,6
29832,6
29890,2
29924,4
29932,4

n x2
3812,12
3741,76
2228,76
1158,4
568
311,04
147
92,16
61,56
16
12136,8
Quelle est la moyenne de la durée de vie d’un évènement ?
(95303*0,2 +23386*0,4 +6191*0,6 +1810*0,8 +568+216*1,2+75*1,4+36*1,6+19*1,8+4*2)/127608
Moyenne =34609,6 / 127608 = 0,271 ~0,27 ms.
 Quelle est la médiane de la distribution en durée de vie ?
29932,4 / 2 = 14966,2.
L'intervalle médian est [ 0 ; 0,2 ms ] ; la médiane est le centre de cet intervalle soit 0,1 ms.
Calculer l’écart-type de cet ensemble de données ?
12136,8 /127608 =0,095 ; 0,095-0,272 =0,022 ms.
Quelle est la durée de vie la plus probable ?
0,27 ±0,02 ms.

.


64) Pour un combustible gazeux, que sont la L.I.I. et la L.S.I ?
Limite inférieure d'inflammabilité ; limite supérieure d'inflammabilité.

65) Les extincteurs les plus fréquemment présents dans les locaux professionnels sont les extincteurs à eau pulvérisée avec additif et les extincteurs au dioxyde de carbone.
On distingue plusieurs classes de feux dont :
classe A : feux de matériaux solides dont la combustion se fait normalement avec formation de braises.
classe B : feux de liquides ou de solides liquéfiables.
Pour ces deux classes de feux, précisez dans le tableau ci-dessous pour chaque extincteur s'il a une bonne efficacité (BE) ou s'il est inadapté (I).

Eau pulvérisée avec additif
Dioxyde de carbone

Feux de classe

A
BE

B

BE

66) Un extincteur à eau pulvérisée avec additif peut-il être utilisé pour éteindre un feux d’origine électrique ?
Non, exctinction au CO2.

67) Quel type d'extincteur utilise-t-on sur les feux de métaux?
Poudre , sable ou terre sèche..

68) Gestion des déchets.
Pour chaque produit chimique ci-dessous, indiquer dans quel bidon de recyclage il doit être évacué :



Solvants
organiques
 halogénés
Solvants
organiques
  non halogénés
Solvants
minéraux
  non halogénés
Métaux
 lourds
Nano
objets
Autres
 contenants
Acétone

X




Acide chlorhydrique





acide minéral
Trichloéthylène
X





Acide sulfurique





acide minéral
Potasse





base minérale
Phosphate de plomb



X


Isopropanol

X




Fluorure d'ammonium





X
nanotubes de carbone




X

Peroxyde d'hydrogène





oxydant
Chlorobenzène
X





Sulfate d'indium



X



69) Quels sont les risques liés à l’utilisation d’un diffractomètre à rayons X ? Quelles précautions doivent être prises ?
Il ne faut pas s'exposer trop longtemps aux rayons X, Se tenir loin de la source et intercaller des écrans en plomb.

70) Quel doit être le premier geste à accomplir si vous êtes le témoin d’une électrisation/électrocution d’un collègue ?
Couper le courant.

71) Quelle(s) précaution(s) doit(doivent) être prise(s) lors de l’utilisation d’un laser de classe 4 ?
Protection oculaire pour éviter les brûlures.
Vétements de protection et gants pour éviter les lésions cutanées.
Les extrémités chaudes du laser ne doivent pas entrer en contact avec des matières combustibles.

72) Quels sont les risques potentiels à la manipulation de nanoparticules ?
Aggravations des maladies cardiaques et respiratoires, les nannomatériaux sont toxiques pour les tissus humains.
Impossibilité de recyclage, usages dispersifs.

73) Que signifie le terme CMR en Hygiène et sécurité ?
Cancèrigène, mutagène, reprotoxique.

74) Indiquer la signification de chaque pictogramme ci-dessous et préciser pour chaque sigle quel produit est concerné parmi la liste suivante :
Permanganate de potassium, éthanol absolu, chlorure de baryum, iode, chlorate de potassium, soude.

Cancérigène, mutagène (iode à forte dose) ; comburant ( chlorate de potassium) ; danger pour l'nvironnement (
Permanganate de potassium, chlorure de baryum).


Corrosif ( soude) ; toxique ( chlorure de baryum) ; inflammable ( éthanol absolu).


75) Indiquer la signification de chaque pictogramme ci-dessous.

Rinçage des yeux ; lunette emasque auditif obligatoire ; danger : matières radioactives ; extincteur.




  

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