UE3A : organisation des appareils et des systèmes. Concours PACES 2014.

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Question 1.
L'énergie des interactions intermoléculaires dans un liquide.
A : est plus forte que celle des interactions intermoléculaires dans un solide. Faux.
B : est plus forte que celle des interactions intermoléculaires dans un gaz. Vrai.
C : explique l'état condensé en gardant les molécules à courtes distance de leurs voisines. Faux.
D : est du même ordre de grandeur que l'énergie d'agitation thermique. Faux.
E : doit être surmontée, par exemple par chauffage, pour permettre la vaporisation. Vrai.

Question 2.
Quelle(s) est(sont) la (les) situation(s) qui est (sont) en accord au second principe de la thermodynamique ?
A : deux compartiments sont séparés par une paroi ; un compartiment est vide, l'autre contient un gaz ; lorsqu'on enlève la paroi, le gaz se répartit dans l'ensemble du volume.
B : deux objets à températures différentes sont mis en contact thermique ; la chaleur va du plus froid vers le plus chaud. Faux.
C : une membrane semi-perméable sépare deux compartiments contenant de l'eau salée ; l'eau traverse la membrane pour aller vers le compartiment où la concentration en sel est la plus grande. Vrai.
D : une machine fait avancer un véhicule en pompant l'énergie sous forme de chaleur par reffroidissement de l'atmosphère. Faux.
E : un travail est intégralement transformé en chaleur. Faux.


Question 3.
Un patient de 80 kg est assimilé pour ce qui suit à une masse équivalente d'eau. Sa température initiale est de 40°C. Il se met à transpirer et perd ainsi 500 mL. On suppose que la sueur s'évapore intégralement et que 50 % de la chaleur de vaporisation est transmise au corps. On néglige la diminution de masse liée à la sudation.

Quelle est sa température finale ?
A : 38,3°C ; B : 38,6°C ; C : 39,6°C  ; D :40,7°C ; E : Autre réponse.
Energie utile à la vaporisation : masse (kg) x enthalpie massique de vaporisation de l'eau
0,5 x2300 = 1150 kJ.
Energie transmise au corps : 1150 / 2 = 575 kJ.
575 = mcorps x capacité thermique massique de l'eau x différence de température.
Diminution de température du corps : 575 / (80 x4,18) = 1,7°C.
Température finale du corps : 40-1,7 = 38,3°C.

Question 4.
On considère un dipôle électrostatique de moment dipolaire p.
1) Ce dipôle est en équilibre dans un champ électrique E parallèle à p.
Vrai.
2) Il tourne de 90° si on applique un champ E perpendiculaire à p. Vrai..
3) Cette rotation de 90° augmente son énergie potentielle. Faux.
4) La somme des forces électriques exercées sur le dipôle est égale à Faux.
5) Le moment des forces électriques est égale à Vrai.
Quelles sont les propositions exactes ?
A : 2+3+5 ; B : 1+3+5 ; C : 1+3+4 ; D : 1+2+5 ; E : Autre réponse.

Question 5.

Les résistivités du cuivre et de l'aluminium sont respectivement rCu = 1,7 10-8 W m et rAl = 2,6 10-8 Wm. On considère deux fils de même longueur, l'un en cuivre, l'autre en aluminium. Quelle doit être la section du fil d'aluminium pour avoir la même résistance électrique qu'un fil de cuivre de section 4 mm2 ?
A : 2,6 ; B : 4 ; C : 6,1 ; D : 9,4 ; E : autre réponse.

rCu / SCu = rAl / SAl ; SAl = rAl / rCu x SCu =2,6 /1,7 x4=6,1 mm2.




Question 6.
En électricité et magnétisme :
1. La dissolution des sels dans l'eau est dûe à la polarité de la molécule d'eau. Vrai.
2. la résistance électrique de la peau augmente lorsqu'elle est mouillée. Faux.
3. La susceptibilité magnétique des tissus dépend de l'oxygénation du sang. Vrai.
4. Les champs magnétiques des aimants utilisés en IRM clinique sont de l'ordre du mT. Faux. ( de l'ordre du tesla).
5. Un cyclotron médical permet d'accélérer des neutrons. Faux.
Quelles sont les propositions exactes ?
A : 1+3 ; B : 1+3+4 ; C : 2+4+5 ; D : 1+2+5 ; E : autre réponse.

Question 7.
Une spire circulaire de rayon R est immobile dans un plan vertical Oyz. Elle est soumise à un champ magnétique uniforme B horizontal, dirigé selon Ox et qui varie selon B = Ba cos ( 2pvt). Calculer l'amplitude de la tension induite sur la spire.
On prendra R = 10 cm ; Ba = 0,1 T et v = 1000 Hz.
Quelle est la proposition exacte ( en V) ?
A : 3, 1; B : 19 7; C: 220; D : 0; E : Autre réponse
.


Question 8.
On considère un faisceau de protons accélérés dans un cyclotron de champ magnétique B = 2,00 T. Quelle dooit être la fréquence du cyclotron ( inverse deT période de révolution des protons) ?
mp = 1,67 10-27 kg ; e = 1,6 10-19 C.
Quelle est la réponse exacte ( en MHz) ?
A : 3,05 ; B : 9,58 ; C = 30,5 ; D : 0,0333 ; E : autre réponse.
Dans les dees, le mouvement du proton est circulaire uniforme de rayon R = m v / (eB) avec v : vitesse du proton. Pour être accéléré au mieux, il décrit un demi-tour en ½T seconde.
pR = ½vT ; T =2pR / v = 2pm / (eB) = 2 x3,14 x1,67 10-26 / (1,6 10-19 x2)=3,28 10-8 s.
Fréquence = 1 / (3,28 10-8) =3,05 107 Hz = 30,5 MHz.









Question 9. Une onde électromagnétique
1) Est un système physique qui ne transporte que del'énergie à l'exclusion de toute autre grandeur.
2) Est un système physique qui ne transporte que de la matière.
3) a un champ électrique et un champ magnétique dirigé dans le même sens.
4) transprte c fois plus d'énergie par le champ électrique que par le champ magnétique ( c étant la vitesse de la lumière dans le vide)..
5) se déplace a une vitesse qui dépend du milieu traversé.
Quelles sont les propositions exactes ?
A : 5 ; B : 1+5 ; C : 2+3+5 ; D : 2+4 ; E : Autre réponse

Question 10.
Une onde électromagnétique qui transporte des photons d'énergie 0,01 eV
1) induit des transitions des électrons des couches électroniques K de certains atomes qu'ils soient stables ou radioactifs.
2) Est une radiation ionisante susceptible d'induire un cancer.
3) Est un système physique qui peut interagir avec les liaisons de l'eau et des protéines.
4) Correspond  à une température équivalente de 1159 K.
Quelle est la proposition exacte ?
A : 1 ; B : 2 ; C : 3 ; D : 4 ;E) Autre réponse.
E =0,01 x 1,6 10-19 =1,6 10-17 J.  l = h c / E = 1,24 10-8 m ( domaine IR).

Question 11.
En résonance magnétique :
1) L'énergie d'un spin est égale à moins le produit scalaire du moment magnétique et du champ magnétique.
2) Le mouvement des spins ½ est un mouvement de rotation autour du champ magnétique résuktant avec une vitesse angulaire égale au produit du rapport gyromagnétique et du double du champ magnétique résultant.
3) Lorsque l’on applique un champ magnétique radio fréquence à la moitié de la fréquence de résonance, les spins tournent deux fois plus vite et dans la même sdirection qu'à l'équilibre..
4) Les électrons appariès ne donnent pas de signaux de résonance magnétique.
5) Il existe un signal RMN proportionnel au nombre d'atomes de phosphore 31 contenus dans un échantillon de muscle.
Quelles sont les propositions exactes ? A: 1+2+3 ;  B : 1+5 ; C : 2+4 ; D : 1+4+5 ; E : Autre réponse.

Question 12.
Pour mesurer le temps de relaxation d’un échantillon on le place dans un champ magnétique de 1,27 T.
Après une impulsion d'une durée de 13 μs le signal RMN est maximum et après une impulsion de 26 μs appliquée 10 s après la première impulsion, le signal RMN est nul.
On applique la séquence suivante : (impulsion de 26 μs - ti - impulsion de 13 μs - mesure -attente 10 s).
On mesure l’amplitude du signal A au temps t, suivant le tableau cidessous :
ti(ms)
10
70
100
400
800
1200
1800
2600
Ai(u.a)
-1200
-1045
-963
-285
308
671
972
1145
u.a : unité arbitraire.
Pour quelle durée entre les impulsions de 26 µs et 13 µs l'aimantation est-elle nulle ?
A : 306 ms ; B : 568 ms ; C : 607 ms ; D: 753 ms ; E : 825 ms.
285 x(800-400) / (285+308) =192 ; 400+192 =592 ms.

Question 13.
Un échantillon de sang veineux est introduit dans un tube cylindrique de 1 cm de rayon interne qui est placé dans un champ magnétique de 9,4 T. Sachant que la concentration en hémoglobine est 15 g / 100 mL de sang et que la masse molaire de l'hémoglobine est 68 000 daltons, après une impulsion de 90° et la transforlée de Fourier du signal RMN, on distingue une raie de grande amplitude et une série de raies de faible amplitude ( 1000 fois plus faible).
1) La raie de grande amplitude correspond aux raies de résonance des nombreux noyaux d'hydrogène des molécules d'hémoglobine.
2) La raie de grande amplitude correspond à la raie de résonance des noyaux d'hydrogène des molécules d'eau du sang..
3) Le fait de distinguer plusieurs raies de résonance montre que l'inhomogénéité de l'aimant est inférieure à 10-5.
4) pour mesurer le temps de relaxation transversale on peut effectuer une séquence d'inversion du signal RMN suivie d'une impulsion de 90°.
5) La largeur des raies indique le temps de relaxation transversale apparent de chaque type distinct de noyau d'hydrogène de l'échantillon.
Quelles sont les propositions exactes ? A : 1+2 ; B : 2+4 ; C : 3+5;  D : 2+3+5;  E : Autre réponse.

Question 14.
1) Le principe d'Huygens permet d'zexpliquer la propagation des ondes électromagnétiques dans le vide.
2) Si une onde génère une onde progressive selon l'équation f(t) =  a cos (wt) et de vitesse v, l'équation de cette onde en un point M situé à une distance x de la source peut s'écrire  y(x,t) = a cos ( w(t-v)).
3) La période spatiale l d'une onde progressive sinusoïdale est proportionnelle à sa période temporelle T.
4) L'indice de réfraction d'une radiation monochromatique dans l'eau est défini par le rapport de la vitesse de cette radiation dans le vide sur la vitesse de  cette radiation dans l'eau.
5) l'indice de réfraction dans un milieu donné est plus important pour une onde électromagnétique dans l'infra-rouge que dans l'ultraviolet.
Quelles sont les propositions exactes ? A : 1+2 +3 ; B: 1+4+5;  C : 2+3;  D :2+3+4 ; E : Autre réponse.

Question 15.
1) Deux rayons peuvent interférer de manière constructive si la différence de marche entre ces deux rayons correspond à un multiple entier de la longueur d'onde de ces rayons.
2) Entre deux rayons de longueur d'onde l capables d'interférer de manière constructive, la différence de phase est donnée par 2pd  / l où d  est la différence de marche.
3) Dans l'expérience d'Young, l'intensité étant donnée par I =4 I0 cos2F), on obtient une frange sombre lorsque le  déphasage entre les deux rayons est un multiple impair de ½p.
4) L'interféromètre de Michelson fonctionne avec une source de lumière blanche.
5) Les filtres interférentiels sont utilisés en transmission.
Quelles sont les propositions exactes ?
A : 1 +2+5 ; B : 1 +3+5 ; C : 2+3+4 ; D : 3+4+5 ; E :Autre réponse

Question 16.
1) L'image d'un objet par un miroir sphérique convexe est  réelle. Faux.

2) L'image d'un objet à l'infini par un miroir sphérique est située au centre de courbure du miroir. Faux ( image au foyer du miroir )
3) L'image d'un objet par un dioptre sphérique concave est virtuelle. Vrai dans le cas suivant.


4) La puissance d'une lentille de verre (n = 1,5) dont les rayons de courbures sont de 4 cm et -2 cm est de 37,5 dioptries.
Si l'épaisseur est négligeable devant les rayons de courbures : V = (N-1)( 1 /R1-1/R2) = 0,5 (1/0,04 +1/0,02) = 37,5 dioptries
5) La distance focale d'un système composé de 3 lentilles dont les distances foocales sont de 5 cm, 4 mm et -1 cm est de 22,5 mm.
Quelles sont les propositions exactes ? A: 1+2 ; B : 1+4;  C : 2+5 ; D : 3+4;  E : Autre réponse.

Question 17.
1) Le glaucome fait partie des amétropies sphériques. Faux.
Les principales amétropies sont la myopie, l'hypermétropie et l'astigmatisme.
2) Un sujet myope dont le punctum remotum est à 50 cm doit porter des verres correcteurs dont la puissance est de -4 dioptries. Faux.
L'image définitive doit se former sur la rétine soit environ 17 mm derrière la pupille. ( vergence 1/0,017 ~58,8 dioptries).
Vergence minimale de l'oeil myope : 58,8 +1 /0,5) = 60,8 dioptries.
Oeil myope et lentille correctrice sont équivalents à deux lentilles accolées ; vergence de la lentille correctrice -2 dioptries.
3) Un sujet dont le PP est à 1 m et le PR est à 3 m est à la fois myope et presbyte. Faux, oeil astigmate, vision de près et vision lointaine imparfaites.
4) Dans un astigmatisme hyperopique composé, les deux focales sont situées en arrière de la rétine.Faux.
5) Un sujet presbyte pourra observer de près un petit objet avec une loupe car cette dernière permet de rapprocher le PP de l'oeil. Vrai.
Quelles sont les propositions exactes ? A : 1 +2+4 ; B : 1 +3+5;  C : 2+3+4;  D : 2+4+5;  E : Autre réponse.

Question 18.
Une onde lumineuse polarisée verticalement se propage à travers un polariseur dont l'axe de polarisation fait un angle de 60° avec l'axe vertical. Quel est le pourcentage de lumière transmise ?
A : 75% ; B : 25% ; C : 100% ;  D : 10 % ; E : Autre réponse
Loi de Malus : I / I0 = cos2 a =cos260=0,25.

Question 19.
Une source lumineuse à 800 nm est utilisée pour réaliser l'expérience des fentes d'Young. La distance entre les fentes est de 0,1 cm et l'écran est placé à 1 m des fentes. la position de la frange brillante à l'ordre 10 se situe à une hauteur de 8 mm. On répète l'expérience avec une source lumineuse à 500 nm. Quel est l'ordre d'interférences pour lequel on observe une superposition avec la frange brillante à l'ordre 10 de la source à 800 nm ?
A : 10 ; B : 5 ; C : 20;  D :16 ; E : Autre réponse.
interfrange à 800 nm :  i = l D / a = 800 10-9 *1 /10-3 = 8 10-4. 10 i = 8 mm.
interfrange à 500 nm :  i = l D / a = 500 10-9 *1 /10-3 = 5 10-4. N i = 8 mm soit N = 8 10-3 / (5 10-4) = 16.

Question 20.
Soit une lentille mince convergente de distance focale 5 cm. Quelle est la valeur de la mesure algébrique de OA pour obtenir une image réelle avec un grandissement -2 ?
A : -7,5 cm ;  B : - 10 cm ;  C :-5 cm ; D : 7,5 cm ; E : Autre réponse.



  

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