concours aide technique 2000 : physique Clermont Ferrand

 

1

connaissances générales

Complétez le tableau suivant :

grandeur physique
masse
force
pression
champ magnétique
puissance
résistance électrique
unité
....
....
....
.....
....
....
nom de l'appareil
.....
.....
....
....
....
....

Que représentent les symboles suivants :

le condensateur : donner sa représentation; donner l'unité de capacité ; citer deux utilisations

le solénoïde ou bobine très longue : donner sa représentation; quelles grandeurs physiques caractérisent ce dipole ; quelles en sont les unités.

corrigé

grandeur physique
masse
force
pression
champ magnétique
puissance
résistance électrique
unité
Kg
Newton (N)
Pascal (Pa)
tesla (T)
watt (W)
ohm (W)
nom de l'appareil
balance
dynamomètre
manomètre
teslamètre
wattmètre
ohmmètre
(1) : photorésistor; (2) : résistor variable ; (3) réhostat ; (4) amplificateur opérationnel ;

(5) générateur de tension; (6) transitor.

la capacité s'exprime en farad (F).

Le condensateur est utilisé dans les filtres RC, les oscillateurs électriques RLC;

c'est aussi un moyen de stocker de l'énergie électrique.

bobine inductive : inductance notée L en henry (H) ; résistance notée r en ohm.
2

déterminer une impédance
 

On désire déterminer l'impédance d'uncircuit RLC alimenté par un GBF ( générateur basse fréquence) délivrant une tension alternative sinusoïdale.

  1. Que signifie les lettres RLC?
  2. Faire le schéma du montage à réaliser pour déterminer l'impédance de ce circuit.
  3. A la suite de mesures on a trouvé une tension efficace U=20 V et une intensité efficace I=8 mA. Calculer l'impédance Z. Cette inpédance dépend-elle de la fréquence de la tension?
  4. On fait varier la fréquence sur une large bande la fréquence du générateur. On constate que l'intensité passe par une valeur maximale. Quel est le nom de ce phénomène? Présente t-il un danger?

 

 

corrigé

R : résistance; L : inductance ; C : capacité

impédance (ohm ) = tension efficace (volt) / intensité (A)

Z= 20 / 8 10-3 = 2500 W.

il s'agit du phénomène de résonance d'intensité.

La tension aux bornes du condensateur pase par une valeur maximale (résonance de tension) bien supérieure à la rension appliquée aux bornes du dipole RLC.

On risque de détruire le condensateur.
3

oscilloscope

On réalise un circuit comprenant en série : un GBF délivrant une tension crénaux (f=1250 Hz ) prenant successivement les valeurs 0 et 6V, un résistor et un condensateur.

A l'aide d'un oscilloscope on visualise les tensions aux bornes du générateur et aux bornes du condensateur.

  1. Faire le shéma du circuit en indiquant les branchements de l'oscilloscope. Attribuer les courbes (1) et (2) ci dessus à chaque voie A ou B.
  2. Quelle est le balayage ou la base de temps utilisé?
  3. Quels sont les calibres utilisés sur chaque voie.
  4. Interpréter la courbe (2).
corrigé

voie A : on visualise UAM, tension aux bornes du générateur ; courbe (1)

Voie B : on visualise UBM, tension aux bornes du condensateur ; courbe (2)

période = 1/ 1250 =8 10-4 s = 0,8 ms

on a donc choisi 0,1 ms par division sur l'axe des temps

amplitude : 6 V correspondent à 3 divisions soit 2 V par division sur l'axe vertical des tensions.

La première partie de la courbe (2) correspond à la charge du condensateur ( la tension augmente aux bornes du condensateur).

la seconde partie correspond à la décharge du condensateur à travers le résistor R.
4

optique
  1. Comment sans faire de mesure et sans autre matériel distinguer une lentille convergente d'une lentille divergente?
  2. Faire la représentation symbolique de chaque lentille.
  3. Deux lentilles sont marquées C=+3d et C'= -8d. Que signifie C et C'? Quel est le nom de l'unité? Quelle est la distance focale de chaque lentille?
  4. On dispose du matériel suivant : source lumineuse, condensateur, fente de largeur réglable, plusieurs lentilles convergentes et divergentes, prisme, réseau, écran.
    Comment procéder pour réaliser la décomposition de la lumière blanche. Qu'observe-t-on sur un écran.
  5. Quel est le rôle d'un filtre (par exemple bleu). Si on regarde le drapeau français à travers un filtre rouge, quelles sont les couleurs observées par l'oeil?
corrigé

Une lentille convergente à les bords minces; une lentille divergente à les bords plus épais que la partie centrale.

C et C' sont des vergence en dioptries ou m-1.

la vergence est l'inverse de la distance focale exprimée en m.

f= 1/3 = 0,33 m et f ' = -1/8 = -0,125 m

le plus simple : placer le réseau devant la source; on observe sur l'écran toutes les couleurs de l'arc en ciel allant du rouge au bleu.

un peu plus compliqué : placé devant la source le condenseur, puis le prisme ; on observe à nouveau toutes les couleurs de l'arc en ciel. Le spectre est moins étalé et cette fois c'est le bleu qui est le plus dévié.

filtre bleu : il absorbe la couleur complémentaire du bleu , c'est à dire la couleur orange.

Il en est de même pour chaque filtre d'une autre couleur : la couleur complémentaire du filtre est absorbée et ne sera plus visible par l'oeil.

En observant le drapeau français à l'aide d'un filtre rouge, le rouge est visible par l'oeil alors que la couleur complémentaire du rouge est absorbée, donc non visible.

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