[PDF] PHYSIQUE - CHIMIE



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Autour du plomb - AlloSchool

Le plomb existe sous plusieurs formes isotopiques dont les plus abondantes sont les isotopes 206, 207 et 208 A-I 1 Donner la composition de l'atome de plomb 208 A-I 2 Quelle est la différence entre les diverses formes isotopiques ? A-I 3 Dans la classification périodique à 18 colonnes, le plomb est situé dans la 14ème colonne (celle



PHYSIQUE - CHIMIE

Composition de l’atome de plomb Q7 Préciser la composition du noyau de l’atome de plomb : 20782Pb Diagramme potentiel-pH du plomb Le diagramme potentiel-pH, aussi dénommé diagramme -pH, simplifié du plomb, tracé E pour une concentration égale 10-4 mol·L-1, àpour toute espèce soluble contenant du plomb, est



PHYSIQUE - CHIMIE

Composition de l’atome de plomb Q7 Préciser la composition du noyau de l’atome de plomb : )"*()Pb Diagramme potentiel-pH du plomb Le diagramme potentiel-pH, aussi dénommé diagramme E-pH, simplifié du plomb, tracé pour une concentration égale à 10-4 mol·L-1, pour toute espèce soluble contenant du plomb, est représenté page 12



Seconde F - CPAntonins

v—úasse volumique d'un noyau de plomb I Effectuer des calculs; faire preuve d'esprit critique Le noyau d'un atome de plomb possédant 208 nucléons peut être modélisé par une sphère dure de rayon r = 83 fm 1 Calculer la masse m et le volume V du noyau d'un atome de plomb, 2 Calculer la masse volumique p du noyau de plomb et la



2019/2020 de chimie n°6 et n°8 (option PC)

Composition de l’atome de plomb 1) Préciser la composition du noyau de l’atome de plomb "#$"Pb 2) Déterminer les coordonnées du plomb dans le tableau périodique des éléments, et donner son nombre d’électrons de valence Justifier les réponses avec précision Diagramme potentiel-pH du plomb et stabilité dans l’eau



Le noyau de latome

On obtient 3 isotopes stables du plomb Dans la désintégration de l' 238U les émissions dominent Elles diminuent le nombre de nucléons par 4 Les émissions -ne changent pas ce nombre Donc, dans une filiation, le nombre de nucléons diminue par un multiple de 4



Eh ben moi je préfère avec

5 Montrer que la masse d'un atome de plomb m a est d'environ kg 6 En déduire le nombre N d'atomes de plomb contenus dans une bille de plomb 7 Donner l'ordre de grandeur du rayon de l'atome de plomb En déduire le volume approché V a de l'atome de plomb 8 (Bonus) Montrer alors que la masse volumique du plomb est d'environ 102 g cm3 9



Livret pédagogique Latome - CEA/CEA

quasiment toute la masse de l’atome Le diamètre d’un noyau d’atome de fer est de l’ordre de 10-14 m, sa masse vaut 9,3x10-26 kg, la masse volumique de ce noyau est donc de 1,4x10 17 kg m-3, ce qui fait un peu plus de cent milliards de kilogrammes par centimètre cube Si la tête d’épingle n’était



L’univers Chapitre 4 : le modèle de l’atome

iodure de plomb PbI 2(s) pour 2 ions iodure I-Exemple vidéo de composition d’atomes et d’ions IV) structure électronique d’un atome: Au cours du XX° siècle, les scientifiques ont élaboré un modèle de l’atome plus riche que le modèle de Rutherford, permettant d’interpréter la formation des ions et des molécules

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé1/12 SESSION 2019 PSIPC03

ÉPREUVE SPÉCIFIQUE - FILIÈRE PSI

PHYSIQUE - CHIMIE

Mardi 30 avril : 8 h - 12 h

N.B. : le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de

la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le

signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.

Les calculatrices sont interdites

Le sujet est compos de quatre parties, toutes indpendantes. Des donnes se trouvent en fin de sujet,page 12.

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé2/12

PHYSIQUE CHIMIE ET AUTOMOBILE

Partie I - Aspects arodynamiques

La figure 1montre lÓallure des lignes de courant obtenues en soufflerie pour deux

vhicules, lÓun du type berline (semi-fastback) et lÓautre correspondant ‡ la version ‡ hayon

gnralement dnomme break ou SW (hatchback). Les sections de rfrence et les coefficients

arodynamiques de ces deux vhicules sont un peu diffrents. LӍcoulement de lÓair est suppos

incompressible.

Carrosserie semi-fastback

Carrosserie hatchback

Figure 1 ÎEssais en soufflerie

On rappelle lÓexpression de la force de tra"ne :݅ ୓, ooe ࠆ୑= 1,2 kg.m-3est la masse volumique de lÓair,

6la vitesse relative de lÓair par rapport ‡ lÓobstacle, #·le coefficient

arodynamique de tra"ne de lÓobstacle et

3la section de rfrence de lÓobstacle ‡ lӍcoulement.

Q1. Prciser les zones dӍcoulement laminaire et turbulent. Quels sont les facteurs qui influencent

le coefficient arodynamique

On considŽre une automobile de masse

¬= 1 300 kg, de coefficient arodynamique #·= 0,33, de section de rfrence

3= 2,5 m2et dont le moteur dveloppe une puissance 0= 62,5 kW.

Q2. En ngligeant dans cette question les frottements entre les pneumatiques et la route et en

supposant lÓair environnant au repos dans le rfrentiel terrestre, exprimer la vitesse

maximale de lÓautomobile en fonction de tout ou partie des donnes prcites, puis en donner

une valeur numrique en km/h.

Q3. Sur route ou autoroute, ‡ vitesse stabilise, la consommation en carburant, exprime en litres

pour 100 km parcourus, augmente en ݕ ఈ. Dterminer lÓexposant ݱ.

Pour amliorer la tenue de route, certaines voitures sportives sont quipes dÓun aileron pour

renforcer lÓappui arriŽre (figure 2, page 3). On se propose ici de quantifier son influence.

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé4/12

Q5. En effectuant un bilan de quantit de mouvement sur le systŽme ferm dfini prcdemment,

dterminer la force exerce sur le tube de courant en fonction de ࠆ

Q6. On admet que la force

air vhiculeFOE Cexerce par lÓair sur le vhicule en mouvement est

lÓoppose de celle exerce sur le tube de courant. En dduire la composante perpendiculaire ‡

la route de la force exerce par lÓair sur le vhicule en fonction de ࠆ

Discuter du sens de cette composante.

Partie II - Alimentation lectrique

Compte-tenu de leur forte densit nergtique (150 Wßhßkg-1), les batteries lithium-ion sont

de plus en plus utilises dans les vhicules lectriques. Nanmoins, ces batteries sont encore chŽres

et exposes ‡ un fort risque d'explosion si elles sont recharges dans de mauvaises conditions.

Mise au point par le FranOEais Gaston Plant en 1859, la batterie au plomb est encore

aujourdÓhui trŽs comptitive et reste la principale technologie utilise dans les vhicules thermiques.

dmarrage lectrique des moteurs ‡ combustion interne.

Composition de lÓatome de plomb

Q7. Prciser la composition du noyau de lÓatome de plomb :0

Diagramme potentiel-pH du plomb

Le diagramme potentiel-pH, aussi dnomm diagramme E-pH,simplifi du plomb, trac pour une concentration gale ‡ 10 -4molĞL-1, pour toute espŽce soluble contenant du plomb, est

reprsent page 12.Les espŽces prises en compte sont : Pb2+(aq), PbO2(s), PbO(s), HPbO2-(aq),

Pb(s) et Pb

3O4(s).

Q8. Dterminer les nombres dÓoxydation de lӍlment plomb dans chacune des espŽces

considres, puis reproduire sur votre copie ce diagramme E-pHdu plomb, en associant une espŽce ‡ chacun des domaines dÓexistence ou de prdominance. Le nombre dÓoxydation du plomb dans lÓespŽce Pb

3O4(s) est-il compatible avec la

quantification de la charge ? Proposer une explication.

Q9. 'crire les demi-quations redox dans lesquelles interviennent les deux couples de lÓeau. En

supposant toutes les pressions partielles gales ‡ la pression standard P = 1 bar, prciser les

quations des droites associes au diagramme E-pHde lÓeau. Q10. Superposer le diagramme E-pHde lÓeau au diagramme E-pHdu plomb. Le plomb est-il stable

en solution aqueuse acide ? En solution aqueuse basique ? Si non, crire lÓ(es) quation(s) de

la (des) ractions(s) chimique(s) qui se produi(sen)t. Solubilit du sulfate de plomb dans une solution dÓacide sulfurique

Q11. Dterminer, en faisant lÓ(es) approximation(s) qui sÓimpose(nt), la solubilit sdu sulfate de

plomb dans une solution dÓacide sulfurique ‡ 0,5 molĞL -1. Conclure.

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé6/12

Q14. Quelle(s) grandeurs(s) lectrique(s) de la batterie est (sont) modifie(s) par la mise en srie de

plusieurs lments ? Quelle(s) grandeurs(s) lectrique(s) de la batterie est (sont) modifie(s)

par la mise en parallŽle de plusieurs lments ?

Q15. Combien faut-il associer dӍlments, en srie, pour satisfaire le cahier des charges ?

Q16. Exprimer la masse totale en plomb pur, solide, contenue dans la batterie en fonction de la capacit Qde la batterie, de la constante Fde Faraday et de la masse molaire M(Pb)du plomb. Partie III - Aspects lis ‡ la scurit routiŽre

III.1 - Limitations de vitesse

Dans cette sous-partie, il vous est demand de faire preuve dÓautonomie. Toute dmarche

Q17. Les causes dÓaccidents sont nombreuses et varies. Afin dÓincriminer ou non un ventuel

excŽs de vitesse lors de la sortie de route lie ‡ un dpassement incontr˜l et dcrite sur la

photographie (figure 6), on vous demande de dterminer lÓexpression littrale, puis

numrique de la vitesse du vhicule en dbut de la phase de freinage. Toutes donnes

candidat.

Figure 6 ÎSortie de route

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé8/12

Partie IV - Aspects communications

Nous nous limiterons ici aux communications radio et satellite entre le vhicule et son milieu extrieur. IV.1 - Communications radio, modulation dÓamplitude La modulation dÓamplitude MA (AM en anglais) est une technique de modulation dÓun signal. On considŽre ici un signal informatif, sinuso"dal de pulsation

0w,modul en amplitude par

une onde porteuse de pulsation pw, avec 0w<0( ) (1 cos( ))cos( )pu t U m t tw w= + ooemest le taux de modulation. Son allure est reprsente sur la figure 8.

Figure 8 ÎAllure du signal u(t)

Q21. Dterminer les valeurs numriques du taux de modulation met des frquences 0 0 2fw p=et 2 p pfw

p=, utilises pour tracer lÓallure du signal u(t)reprsente sur la figure 8. (En pratique,

le dcalage entre ces deux frquences est plus important !)

On sÓintresse maintenant ‡ lÓopration de dmodulation qui permet de retrouver le signal

informatif s inf(t).

Dmodulation par dtection synchrone

On suppose ici quÓon dispose, au niveau du rcepteur, de lÓonde porteuse qui a pour

expression : ( ) cos( )p p pe t E tw=.

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CCINP Physique et Chimie PSI 2019 - Énoncé11/12 Q30. On appelle pulsation instantane du signal Vs(t)la grandeur :( )( )d ttdt yW=. 'tablir la relation liant ( )tW,2w,k,R,Cet V1(t). Justifier le nom de modulation de frquence associ ‡ ce traitement du signal. IV.3 - Effet de lÓionosphŽre, positionnement satellite et taille des antennes

LÓionosphŽre est la couche atmosphrique comprise entre 60 km et 800 km dÓaltitude.

Expose au rayonnement solaire, elle sÓionise et constitue un plasma. Pour les ondes

lectromagntiques, lÓionosphŽre est un milieu dispersif. La relation de dispersion est de la forme

2 2 2

2plasmakc

w w-=

ooewest la pulsation de lÓonde lectromagntique, plasmawla pulsation propre du plasma et cla

clrit de la lumiŽre dans le vide. On a

2plasma plasmafw p=avec plasmafde lÓordre de 10 MHz.

Q31. Parmi les deux frquences suivantes f

1= 162 kHz et f3= 1 227 MHz, dterminer celle qui

correspond ‡ une frquence radio MA et celle utilise pour les communications par satellite.

Q32. L'une des antennes les plus utilises dans les quipements portables est l'antenne "quart d'onde",

sa longueur thorique est d'un quart de longueur d'onde. Dterminer lÓordre de grandeur de la

longueur dÓune antenne de voiture, susceptible de capter les ondes MF (FM en anglais), dont lÓantenne du dispositif du systŽme GPS ? QuÓen dduisez-vous ?

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