[PDF] Résumés de cours de Physique-Chimie Terminale S

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l’onde m:s−1 Période (s) Les sons s’atténuent avec la distance III Les ondes sismiques Le but n’est pas de détailler les types d’ondes sismiques qui sont vues en SVT, mais plutôt de savoir les détecter et prévoir les risques suivant l’énergie transportée • Détection : On utilise un sismographe pour détecter les ondes

Chapitre 3 : Propriétés des ondes

Terminale S Thème Observer Chap 3 Programme 2012 1/ 14 Chapitre 3 : Propriétés des ondes 1) La Diffraction 1 1 Définition: Figures de diffraction sur une cuve à onde a obstacle surface de l’eau

Chapitre 1 : Ondes et particules

Terminale S Thème Observer Chap 1 Programme 2012 7/ 8 Solution : 1 Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques progressives longitudinales 2 La distance parcourue par l'onde entre émission et réception est celle d'un aller-retour, donc vaut deux

cours - Terminales S

Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Terminale S, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 ENSEIGNEMENT À DISTANCE 76-78 rue Saint-Lazare 75009 Paris Tél : 01 42 71 92 57 COURS (LEÇONS ET EXERCICES) 1ER T RIMEST RE Classe de Terminale S Sciences physiques

Résumés de cours de Physique-Chimie Terminale S

Ondes et particules Rayonnement Ce terme général va qualifier l’émission de particules, qu’il s’agisse de photons (consti-tuants en particulier la lumière visible, mais aussi les ondes électromagnétiques), de neutrinos (par-ticules de masse très faible et qui interagissent très faiblement avec la matière) ou de matière « or-

Résumés de cours de Physique-Chimie Terminale S

ondes au même point s’additionnent algébrique-ment Interférences Puisque l’addition est algébrique, deux ondes peuvent se renforcer (interférences constructives) en certains points et s’annuler (interférences destructives) en d’autres points On peut avoir en particulier lumière + lumière = ombre, dans le cas des ondes lumineuses

FICHES DE REVISION PHYSIQUE

CARACTERISTIQUES DES ONDES Points de cours Explications ou utilisations • Vitesse d’une onde : t d v ∆ = v en m s-1, d en m, Δt en s • Onde transversale: onde dont la perturbation se fait perpendiculaire à la direction de propagation (ex : corde) Onde longitudinale: onde dont la perturbation se fait dans le même sens que sa

Chapitre 2 Les ondes stationnaires - Eklablog

Chapitre 2 : Les ondes stationnaires Terminale S Spécialité 2ème Partie Ce phénomène est appelé onde stationnaire Ce phénomène existe quelque soit la fréquence f de l’onde progressive sinusoïdale incidente Un point de la corde ne reproduit pas le mouvement d’un autre point avec un retard, il n’y a donc pas de

00page de garde TOM2-Ondes mécaniques - cours, examens

A trois dimension : Ondes sonores Les ondes mécaniques présentent une double périodicité : Périodicité temporelle : Caractérisée par la période T (s) Périodicité spatiale : Caractérisée par la longueur d’onde w (m) Le phénomène de diffraction est une des caractéristiques importante des ondes

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Résumés de cours de Physique-Chimie

Terminale S

P.-M.Chaurand

Lycée de Chamalières

Année scolaire 2015-2016

Table des matières

Table des matièresii

1 Caractéristiques des ondes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Propriétés des ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Analyse spectrale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4 Échange de proton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

5 Contrôles de qualité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

6 Lois de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7 Mouvements dans les champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

8 Cinétique et catalyse chimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

9 Particules et rayonnements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

10 Représentation des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

11 Travail et énergie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

12 Chimie organique I (microscopique) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

13 Relativité restreinte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

14 Chimie organique II (macroscopique) . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

15 Dualité onde-particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

16 Stratégie de synthèse et sélectivité . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

17 Transferts d"énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

18 La chimie verte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

19 Numérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

20 Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

21 Les enjeux énergétiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

22 Science et société. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Chapitre 11

Chapitre 1Caractéristiques des ondes

CéléritéLa céléritévd"une onde, en mètre par se- conde (m·s-1), est donnée par (notations évi- dentes) : v=d t

Onde progressiveUne onde progressive corres-

pond au déplacement d"une perturbation sans déformation. La perturbation d"un point du mi- lieu à l"instanttest identique à celle de la source au tempst?=t-τ,τétant le retard du point par rapport à la source (définition va- lable aussi entre deux points quelconques). Espace & temps sont alors liés, puisque l"on re- trouve la même forme d"onde plus loin, un peu plus tard, une fois qu"elle a " progressé ». Latis ProVous devez être aptes à mener des me- sures de distances, de vitesses et de retards, sur des chronophotographies ou sur des enregistre- ments, éventuellement avec l"aide d"un logiciel (comme Latis Pro au lycée).

OscilloscopeVous devez être capable de mesurer

le retard d"un clap sonore ou d"une salve d"ul- trasons à l"aide d"un oscilloscope. Notez bien que deux montages sont possibles, suivant que l"on dispose d"un ou de deux récepteurs.

Onde progressive périodiqueUne onde pro-

gressive périodique a toutes les caractéristiques de l"onde progressive, avec en plus un caractère périodique. Il faut savoir reconnaître une telle onde (mettre en évidence la répétition d"un motif élémen- taire), et savoir mesurer sa périodeT(qui est la durée d"émission d"un motif élémentaire) le plus précisément possible (typiquement, sur plusieurs périodes).

Période temporelleChaque point du milieu su-

bit la même perturbation à intervalles de temps

égaux àT.

Période spatialeLa même perturbation se re-

produit identique à elle-même dans la direction de propagation. La plus petite distance entre motifs identiques consécutifs est la période spa- tiale. Il est encore plus correct de dire que la longueur d"onde est la plus petite distance entre deux points en phase.Cas des ondes sinusoïdalesUne onde progres- sive périodique est dite sinusoïdale si l"évolu- tion périodique de la source peut être associée

à une fonction sinusoïdale.

Longueur d"ondeLa période spatiale est appe-

lée longueur d"onde et notéeλ, en mètre (m). Le lien entre période spatialeλet période tem- porelleTen seconde (s) fait intervenir la célé- ritévde l"onde :

λ=vTouλ=v

f RéfractionLa réfraction d"une onde est le chan- gement de sa direction de propagation lors du changement de milieu. Loi de Descartes : n

1sini1=n2sini2

Ce phénomène s"explique par la différence de célérité de l"onde en fonction du milieu. DispersionLe milieu est dispersif si la célérité des ondes dépend de leur fréquence.

Un bon exemple est le verre ou l"eau, faible-

ment dispersifs pour la lumière visible, ce qui explique la dispersion par un prisme ou par des gouttes d"eau (spectre de la lumière blanche ou " arc-en-ciel »).

Un bon contre-exemple est le son dans l"air,

donc la propagation est très agréablement non dispersive (sons aigus et sons grave ont même célérité). Analyse spectraleConsiste à décomposer un si- gnal en une somme de sinus, par un procédé ap- pelé " transformé de Fourier » (TFT en abrégé).

On obtient un spectre : en abscisse (axe ho-

rizontal), la fréquence, en ordonnée (axe ver- tical), l"amplitude, permettant de juger d"un coup d"oeil de l"importance de telle ou telle fré- quence dans l"onde totale. Ceci permet de remonter aux fréquences de ré- sonance de la source de l"onde.

Perception sonoreUn son est caractérisé par

trois perceptions : hauteur, timbre et intensité.

Chaque perception physiologique correspond à

une mesure physique : - la hauteur correspond à la fréquence du fon- damental du son;

2Chapitre 2

- le timbre correspond aux amplitudes rela- tives des harmoniques dans le spectre; - l"intensité correspond à l"amplitude de la vi- bration sonore reçue.

TransitoiresLes transitoires d"attaque et d"ex-

tinction sont importantes quant à la perception finale donnée par un son. ReconnaîtreTimbre & transitoires d"un son dé- pendent fortement de l"instrument utilisé pour produire le son. Ainsi le timbre permet de re-connaître l"instrument.

Bruit ou noteUn spectre permet de faire la dif-

férence entre : - un bruit " blanc » : aucune fréquence ne ressort plus qu"une autre; - une note (des pics multiples dont les fré- quencesfnsont multiples entier d"une fré- quence fondamentalef1, tel que : f n=nf1

Chapitre 2Propriétés des ondes

DiffractionLa diffraction est l"étalement des di- rections de propagation de l"onde lors de sa ren- contre avec un obstacle ou une ouverture. Cet étalement est d"autant plus marqué que les di- mensions de l"obstacle ou de l"ouverture sont proches de la longueur d"onde (le signe≂signi- fiant " du même ordre de grandeur ») : d≂λ

Description de la lumièreLe phénomène de

diffraction de la lumière prouve qu"elle peut être décrite comme une onde. La notion de dua- lité onde-corpuscule sera abordée plus tard. faisceaulaser 2 D Fente horizontaleFigure de diffraction verticale a

Ouverture du faisceau diffractéLe demi-dia-

mètre apparent - ou demi-ouverture angulaire θd"un faisceau de lumière de longueur d"onde λ, diffracté par une fente ou un fil de dimension a, est donnée par la relation : aoùθest un angle exprimé en radians (rad),λ etaétant des longueurs en mètres (m).

Figure de diffractionLa figure de diffraction

obtenue est la suivante (une tache centrale de diffraction et des taches latérales) :

La largeur?de la tâche centrale de diffraction

est mesurée au niveau des points de lumière nulle (extinction), pas au niveau des limites ap- parentes de la tâche, qui dépendent des condi- tions d"éclairage! Cette largeur?est double des interfranges des tâches latérales.

La largeur?de la tâche est d"autant plus

grande que la largeurade l"obstacle ou de la fente est petite, et que la longueur d"ondeλde la lumière est grande. ConditionsLa diffraction est toujours présente; néanmoins, afin que le phénomène soit bien vi- sible, on est amené à utiliser deux ou trois pe- tites astuces expérimentales (comme augmen- ter la distanceDpour que la tâche de diffrac- tion soit plus grosses). Vous devez savoir iden- tifier les situations physiques où il est pertinent de prendre en compte le phénomène de diffrac- tion!

Lumière monochromatiqueUne lumière mo-

nochromatique est une onde électromagnétique de fréquence unique (notéeν, lettre grecque " nu », notation équivalente àfmais en plus snob).

Chapitre 23

Lumière polychromatiqueUne lumière poly-

chromatique est un ensemble d"ondes électro- magnétiques de fréquences différentes.

Spectre visibleLe spectre visible correspond à

des ondes électromagnétiques de longueurs d"onde dans le vide comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge) environ. En dessous de 400 nm, on parle d"ultraviolets; infrarouges au-dessus de 800 nm.

Propagation de la lumièreLa lumière est une

onde électromagnétique, qui n"a pas besoin d"un milieu matériel pour se propager. La pro- pagation est donc possible autant dans le vide que dans les milieux transparents.

Longueur d"onde dans le videLa longueur

d"ondeλ0de la lumière dans le vide est liée à la fréquenceνet à la céléritécdans le vide, par la relation : 0=c

Longueur d"onde dans un milieuDans un mi-

lieu où la célérité de la lumière estv, la longueur d"onde d"une onde lumineuse de fréquenceν vaut :

λ=v

Caractéristiques d"une ondeLa fréquence et

la période d"une radiation monochromatique sont des caractéristiques constantes de l"onde; elles ne changent pas lors du passage d"un mi- lieu transparent à un autre. En revanche, célé- rité et longueur d"onde dépendent du milieu.

Milieux dispersifsLes milieux transparents

sont plus ou moins dispersifs pour les ondes électromagnétiques; la vitesse ou célérité de l"onde dépend alors de la fréquence de celle-ci.

Indice d"un milieuL"indicend"un milieu trans-

parent s"exprime comme le rapport de la cé- lérité de la lumière dans le videc, par cette céléritévdans le milieu considéré : n=c vetn?1 puisquev?c

Longueurs d"ondePour une même radiation

monochromatique de fréquenceν, on a la re- lation : 0=c

νetλ=vν?n=λ0λ?λ0=nλ

SuperpositionDès lors que le milieu considéré est linéaire, ce qui est le cas pour la lumière ou le son jusqu"à des intensités dantesques, deux ondes au même point s"additionnent algébrique- ment. InterférencesPuisque l"addition est algébrique, deux ondes peuvent se renforcer (interférences constructives) en certains points et s"annuler (interférences destructives) en d"autres points. On peut avoir en particulier lumière + lumière = ombre, dans le cas des ondes lumineuses. Ceci est parfaitement clair et ne doit pas être considéré comme un point obscur.

ConditionsLes interférences ont toujours lieu;

néanmoins, afin que le phénomène soit bien vi- sible, on est amené à utiliser deux ou trois pe- tites astuces expérimentales (comme augmen- ter la distanceDpour que les franges soient plus larges). Vous devez savoir identifier les situations physiques où il est pertinent de prendre en compte les interférences!

Plus précisément, les deux ondes qui inter-

fèrent doivent être de même fréquences. Pour les ondes lumineuses, comme elles sont formées de trains d"ondes de durée limitée et décorrélés entre eux, les deux ondes doivent aussi avoir un déphasage constant entre eux. Chemin optiqueNotéδ, c"est le trajet parcouru par la lumière, donc une longueur, éventuelle- ment multipliée par l"indicen=c/vdu milieu.

ConstructivesLes interférences sont construc-

tives si les deux ondes qui interfèrent ont par- couru un chemin multiple de leur longueur d"onde :

δ=k·λ

DestructivesLes interférences sont destructives si les deux ondes qui interfèrent ont par- couru un chemin demi-multiple de leur lon- gueur d"onde : k+1 2?

Effet DopplerSi la source et le récepteur sont

en mouvement relatif l"un par rapport à l"autre, la fréquence perçue par le récepteur sera plus faible si le récepteur s"éloigne de la source, et

4Chapitre 3

plus élevée si le récepteur s"en approche. Vous devez savoir mesurer une vitesse par effet Dop- pler.

RedshiftL"Univers est en expansion. Les astres

les plus lointains sont ceux dont le mouvementrelatif est le plus rapide (ce sont aussi les plusanciens, puisque voir loin, c"est voir dans lepassé). Le décalage des raies spectrales portele nom de " redshift » et permet donc de trou-

ver la distance et la vitesse de l"astre observé.

Chapitre 3Analyse spectrale

Couleur d"une solutionUne solution est colo-

rée si elle absorbe une partie des radiations de la lumière blanche. La couleur observée est la couleur complémentaire de la couleur absorbée. rouge cyan680 nm500 nm magenta vert400 nm

540 nmjaune

bleu580 nm

470 nm

Le spectrophotomètreIl est basé sur l"absorp- tion de la lumière par une solution transpa- rente contenant des espèces colorées (ou tout au moins absorbant dans l"UV ou dans l"IR).

Il permet de mesurer une grandeurAappelée

absorbance, positive, qui peut être supérieure

à un (A= 0pour une absorbance nulle,A= 1

si 1/10

èmede la lumière traverse,A= 2pour

1/100

ème,A= 3pour 1/1000ème, etc.

Loi de Beer-LambertÀ une longueur d"ondeλ

donnée, la relation entre l"absorbanceAd"une solution et sa concentrationcen espèce colorée est donnée par :

A=ε·?·c

oùεest le coefficient d"extinction molaire, ty- pique de chaque espèce colorée, et?est la lon- gueur de solution traversée par le faisceau lumi- neux. On a ainsi, dans l"hypothèse de concen- trations faibles, proportionnalité entre l"absor- banceAet la concentrationcen espèce colo- rée :A=k·c

SpectreLe graphique représentant l"absorbance

Aen fonction de la longueur d"ondeλest ap-

pelé spectre de la solution. Par exemple voici le spectre d"une solution de diiodeI2(aq), colorée en brun-jaune.

On constate que cette solution absorbe dans

l"ultraviolet, le violet et le bleu, avec un maxi- mum d"absorption àλmax= 350 nm. L"étoile des couleurs complémentaires que je propose pour l"instant est assez approximative, car on devrait retrouver la couleur jaune-brun de la solution.

00,51,01,52,0

300 400 500 600 700 800 900

λ(nm)AbsorbanceA

λmax= 350 nm

Spectroscopie IREn raison de vibrations de ré-

sonance des liaisons des molécules, ces der- nières absorbent de l"énergie dans différentes bandes de fréquences en lumière IR, bandes qui sont par conséquent caractéristiques de la pré- sence de tel ou tel type de liaison. Le spectre IR a ceci de différent par rapport au spectre en absorbance, qu"il utilise le nombre d"ondeσen abscisse :

σ=1

souvent exprimé en inverse du centimètre (cm-1), et la transmittance en ordonnée, en

Chapitre 45

pourcentage. Voici quelques extraits de spectre qui illustrent les formes de raies rencontrées en général :

050100

Transmittance (%)

Nombre d"onde (cm-1)

40003000200015001000500

12

En bref, il suffit de repérer la position des

bandes d"absorption, si elles sont larges1?ou fines

2?, si elles sont intenses3?ou faibles4?,

et d"aller comparer avec un tableau.

050100

Transmittance (%)

Nombre d"onde (cm-1)

40003000200015001000500

34

Spectroscopie RMNLe noyau d"un atome d"hy-

drogène est formé d"un seul proton. Ce der-nier présente unspinqui peut interagir avec un champ magnétique extérieur. Ce spin peut même se coupler avec celui d"autres protons voisins dans la molécule (c"est la fête). On ob- serve des pics dont la position (le déplacement chimiqueδ) dépend directement de l"environ- nement électronique entourant les protons (fi- gure : déplacement chimique du spectre

5?plus

fort que celui du spectre 6?).

3 2 1 0δ

65
TMS En bref, il suffit de repérer la position des pics, noter leur multiplicité éventuelle (directement liée au nombre de protons voisins avec lesquels ils peuvent se coupler), noter l"aire ou inté- grale (proportionnelle au nombre de protons de même environnement électronique), et d"aller comparer avec un tableau (figure :7?singulet, 8 ?duet,9?triplet).

3 2 1 0δ

987
TMS

En particulier, si on observen+ 1pics, c"est

que le(s) proton(s) considéré(s) est (sont) cou- plé(s) ànautre(s) proton(s) (règle dite " des n+ 1-uplets »).

Chapitre 4Échange de proton

une espèce capable de céder un protonH+. In- versement une base est une espèce capable de capter un proton. Le pH et sa mesureLe pH est lié à la concen- tration des ions oxoniumH3O+par :pH =-log[H3O+]

Solution d"acide chlorhydriqueDans une

telle solution, on a vu en TP que :[H3O+] =c, l"acide est ditfortcar totalement dissocié.

6Chapitre 4

Solution d"acide éthanoïqueDans une telle so- lution, on a vu en TP que[H3O+]< c, l"acide est ditfaiblecar partiellement dissocié. La transformation entre l"acide éthanoïque et l"eau n"est pas totale, elle conduit à un équi- libre : CH

3COOH(aq)+ H2O(?)?CH3COO-(aq)+ H3O+(aq)

Équilibre chimiqueUne transformation non to-

tale et réversible donne lieu à un équilibre chi- mique, c"est-à-dire une situation dans laquelle les réactifs et les produits coexistent à des concentrations fixes, constantes.

On utilise une double flèche (?) pour indiquer

l"existence d"un équilibre dans une équation- bilan. La simple flèche (→) est une réaction totale, la flèche inverse (←) est une réaction totale, mais écrite dans l"autre sens. Équilibre dynamiqueÀ l"état d"équilibre, il y a constamment des réactifs qui se transforment en produits (sens1→) et inversement des pro- duits qui se transforment en réactifs (sens

2←).

Les vitesses de ces deux transformations étant

égales, les concentrations respectives des réac- tifs et des produits restent constantes et fixes.

Taux d"avancementLe taux d"avancementτ

d"une réaction est le quotient de l"avancement final par l"avancement maximal :

τ=xf

xmax

Pour une réaction totale,xf=xmaxetτ= 1

ou 100%. Sinonxf< xmaxetτ <1.

Concentration molaireLa concentration mo-

lairec, en mole par litre (mol·L-1), est égale à la quantité de matièrenen mole (mol) divisée par le volumeVen litre (L) : c=n V

Concentration massiqueLa concentration

massiquet, en gramme par litre (g·L-1), est égale à la massemen gramme (g) divisée par le volumeVen litre (L) : t=m V

Et du coup :n=m

M?c=tM

ConductanceLa conductanceGen siemens (S)

d"une solution est proportionnelle à la conduc- tivitéσen siemens par mètre (S·m-1) :

G=k·σaveck=S

ConductivitéLa conductivitéσd"une solution électrolytique est liée aux concentrations mo- lairesCides ions par la relation : i|zi|λiCi où lesλisont les conductivités molaires par-quotesdbs_dbs9.pdfusesText_15