physique-chimie en prépa TSI
(programmes 2005,
ce cours n'est plus actualisé)

 

1)cahier de textes 2013-2014
2)travaux pratiques
3)quelques exercices corrigés
sous réserves d'erreurs ou inexactitudes


sommaire du cours :

 

introduction
électromagnétisme
formulaire d'electromagnétisme
thermodynamique
optique
mécanique
thermochimie
oxydo-réduction

divers


introduction
retour au début  

chapitre 0 présentation du cours de 2ème année

chapitre 1 rappels et compléments de mathématiques 

compléments

1) systèmes de coordonnées
2) fonction d'une variable, dérivée, différentielles

3) développements en série, développement limité

4) fonction de deux variables,dérivée partielle

5) exercices: DL en physique

petits accroissements

différentielles et coordonnées polaires



chapitre 2 système d'unités, dimension, homogénéité

1) grandeur physique, loi physique

2) système d'unités .grandeurs fondamentales.unités dérivées.

3) dimension et homogénéité des formules

4) étude analogique. analyse dimensionnelle

6) exercices

lien vers site métrologie française



chapitre 3 intégrales de surface et de volume. circulation et flux

1) intégrales de surface, choix de l'élément de surface

2) intégrale de volume, choix de l'élément de volume. exemples des moments d'inertie.

3) calculs de circulations et calculs de flux

4) exercices 1

exercices 2

 

chapitre 4 champ de scalaire, gradient

1) définition du gradient, exemples

2) expression du gradient dans différents systèmes de coordonnées

3) circulation d'un gradient entre deux points champs à circulation conservative

4) exercices 1

étude d'un champ de forces
gradient et champ de pression voir le corrigé

 

chapitre 5 champs de vecteurs opérateurs divergence et rotationnel

1) champ, tube de champ, circulation  et flux d'un champ de vecteurs
2) divergence, expression en cartésiennes, formule de Green-Ostrogradski, Laplacien
3) rotationnel, expression en cartésiennes, formule de Stokes-Ampère
4) propriétés intégrales et locales des champs de vecteurs

5) formulaire d'analyse vectorielle,
6) exercices: divergence et rotationnel

exemples     animations MIT   

                      

 

complément sur les séries de Fourier

électromagnétisme
retour au début

 

 

chapitre 1 rappels et compléments d'électrocinétique

1) charges, courants, densités de courant volumique et surfacique

2) équation de conservation de la charge pour une surface fermée fixe

3) loi d'Ohm locale, conductivité , limites du modèle, ordres de grandeur

4) calculs de résistances et de conductances dans les cas généraux

5) puissance cédée aux charges, loi de Joule locale, exemple du conducteur compris            

    entre deux cylindres

6) exercices effet Meissner
pour aller plus loin
videos sur la supraconductivité

 

chapitre 2 electrostatique capacité d'un système de deux conducteurs énergie volumique

1) champ E potentiel V , reformulation locale des lois

2) le conducteur en équilibre; influence entre deux conducteurs

3) condensateurs, relation entre résistance et capacité

4) energie d'un système de charges et energie volumique électrostatique 

5) exercices
voir aussi ... animations ...tracé lignes de champ
machine de Wimshurst: 1..2
les supercondensateurs

 

 

chapitre 3 magnétostatique : champs B crées par des courants constants

1) champ crée par des courants,  symétries, loi de Biot et Savart

2) exemples: spire, fil infini, solénoïde, bobines de Helmholtz

3) conservation du flux de B;relation locale

4) circulation de B sur un contour fermé; théorême d'Ampère;forme locale

5) potentiel vecteur A , équation de Poisson de la magnétostatique

6) tableau de comparaison de l'électrostatique et de la magnétostatique

7) exercices

lien hyperphysics tracé lignes de champ spectres et champs
présentation d'expériences

 

chapitre 4 applications et compléments

1) nappe de courant plane, discontinuité de B

2) calculs des coefficients L et M.expérience induction mutuelle

3) moment magnétique.
4)exercices

 

chapitre 5 action d'un champ B sur un courant

1) force de Laplace, de Lorentz, haut-parleur, machine à courant continu

2) effet Hall, principe, représentation des champs

3) actions mécaniques sur un circuit rectangulaire; moment magnétique

 

 

chapitre 6 phénomènes d'induction

1) cas d'un circuit mobile dans un champ permanent

2)cas d'un circuit immobile dans un champ B variable, équation de Maxwell-Faraday

3)généralisation: cas d'un circuit mobile dans B variable
4) exercices

paradoxe de la "boucle d'intérêt"
lien hyperphysics

   

chapitre 7 énergie du champ électromagnétique
1)énergie de constitution d'une distribution continue de charges ou de masses
2)énergie volumique magnétique; cas du solénoide long, généralisation
3)énergie emmagasinée dans deux circuits en induction mutuelles
exercices

 

chapitre 8 équations de Maxwell

1) forme locale et intégrale des équations de l'électromagnétisme

2) régimes variables, équation de Maxwell-Ampère, problème de référentiel

caractère non absolu d'un intervalle de temps

3) relation entre les composantes des champs de part et d'autre d'une interface

4) énergie du champ électromagnétique, puissance échangée, vecteur de Poynting
compléments : équation vérifiées par les potentiels et énergie électromagnétique


pour les plus curieux : transformation relativiste des coordonnées et des champs E et B

 

chapitre 9 phénomènes de propagation
1)généralités, équation de propagation

2) ondes progressives
propagation dans un coaxial

3) ondes stationnaires 

exercice propagation sur une corde

exercice onde de tension et de courant


quelques exemples d'ondes (animation)
animations F.Vandenbrouck

mannequin d'étude des tuyaux sonores


chapitre 10  ondes électromagnétiques

1) phénomènes de propagation, expérience

2) propagation du champ électromagnétique dans une région sans charge ni courant

3) onde plane progressive monochromatique, pulsation, vecteur d'onde, célérité de phase

4) état de polarisation d'une onde plane progressive monochromatique

5) réflexion en incidence normale sur un plan conducteur parfait, ondes stationnaires
6) coeff. de réflexion et transmission en incidence normale

7) complément: historique de la radiodiffusion, modulation d'amplitude

exercices : polarisation
animations sur la propagation et la polarisation(univ.Nantes)

animations F.Vandenbrouck 

formulaire d'electromagnétisme


  optique

 retour au début

chapitre 1 introduction à l'optique ondulatoire

1) nature des ondes lumineuses, modèle scalaire de la lumière

2) surface d'onde, chemin optique, relation avec la phase de l'onde

3) point objet, image,stigmatisme rigoureux et approché
exercices
synthèse des couleurs voir aussi l'image
spectre continu et spectre de raies


images d'interférences

 

chapitre 2 interférences non localisées de deux ondes monochromatiques cohérentes

1) expérience : miroirs de Fresnel, fentes d' Young, condition d'interférence

2) expression de l'éclairement, différence de marche, ordre, cohérence

3) dispositifs particuliers :déplacement de la source, interposition d'une lame,doublet du sodium

calcul tenant compte de la diffraction


animations sur les interférences
(univ.Nantes)
animations F.Vandenbrouck

simulations université Le Mans

 

chapitre 3 exemple de dispositif à division d'amplitude : interféromètre de Michelson

1) description, intérêt historique, intérêt pratique

2) utilisation en lame d'air, localisation des franges, calcul du rayon des anneaux

3) utilisation en coin d'air, localisation des franges, description de la figure d'interférence
page images couleur
interféromètre Virgo pour détecter les ondes gravitationnelles

 

chapitre 4 interférences à l'infini d'un grand nombre d'ondes : le réseau plan

 1) description, détermination de la direction des maxima principaux

2) cas d'une lumière polychromatique, recouvrement des spectres

3) utilisation : principe du spectrographe à réseau
calcul tenant compte de la diffraction


chapitre 5 interférences localisées

1) généralités, localisation des franges
2) lame mince à faces parallèles, interféromètre de Perot-Fabry
3) interférences du "coin d'air"
4) anneaux de Newton,5) interféromètre de Michelson
6)principe d'une couche anti-reflet


chapitre 6 diffraction à l'infini par une fente rectangulaire

1) diffraction par une fente, par une ouverture rectangulaire
2) interférences des fentes de Young tenant compte de la diffraction
3) réseau par transmission, calcul tenant compte de la diffraction

 

thermochimie

 retour au début

 

chapitre 1 énergie interne, enthalpie, entropie

1)énergie interne et premier principe  chaleur de réaction à volume constant

2)enthalpie, chaleur de réaction à pression constante

3)enthalpie de formation, enthalpie de réaction standard, variation avec la température

4)entropie, second principe, notion de potentiel thermodynamique (système isolé)
extrait des tables thermodynamiques de grandeurs standard

table des énergies de liaison
exercice loi de Van't Hoff

calcul d'une énergie réticulaire
exercice: calcul de l'enthalpie de formation de la vapeur d'eau

 

chapitre 2 fonction enthalpie libre G

 1)définition expression pour un gaz parfait

2)signification physique pour une transformation monotherme et monobare

2)enthalpie libre standard de réaction, variation avec la température

3)relation de Vant'Hoff et de Gibbs-Helmholtz exemples d'application
exemple: calcul direct de G en fonction de l'avancement
exercices

 

chapitre 3 fonction énergie libre F(hors programme)

 1)définition, signification physique

2) expression pour un gaz parfait

 

chapitre 4 le potentiel chimique

 1)définition expression différentielle de G pour un système chimique

2)expression des potentiels chimiques et des activités dans différents cas

3)cas d'un système hétérogène en équilibre physique
exercices

 

chapitre 5 l'équilibre chimique
version allégée

1)avancement d'une réaction; affinité chimique

2)fonction des activités loi d'action de masse de Guldberg et Waage

3)lois de déplacement des équilibres chimiques

4)paramètres intensifs d'un équilibre chimique
exemple NH3 avec Maple
formulaire de thermochimie
exercices

 

chapitre 6 précipitation et complexation

1)formation de précipités, domaines d'existence, influence du pH

2)équilibres de complexation, exemples
exercice corrigé: solubilité Cr(OH)2

 

chapitre 7 diagrammes d'Ellingham

 construction et utilisation des diagrammes

application : grillage et pyrométallurgie exemple du zinc

 

oxydo-réduction
retour au début

diagrammes potentiel-pH

1)construction et utilisation des diagrammes

2)application : corrosion électrochimique

tables de potentiels d'électrodes

diagramme E-pH du nickel et de l'aluminium

compléments sur la corrosion humide

 

 

thermodynamique

 retour au début

certains diagrammes sont extraits du logiciel THERMOPTIM (Roger Gicquel Ecole de Mines de Paris)

chapitre 1changement d'état d'un corps pur

1)équilibre entre différentes phases d'un corps pur

2)diagramme P,T , relation de Clapeyron, surfaces d'état P,V,T

3)équilibre liquide-vapeur, isothermes d'Andrews, variations des fonctions d'état

4)diagrammes P-V,  T-S
schemas et diagrammes
exemples THERMOPTIM
appareil pour étude des isothermes de SF6


chapitre 2 cycles industriels; machines thermiques

1) fluides en écoulement permanent; bilan d'énergie
2) machines thermiques :
moteur,réfrigérateur,pompe à chaleur
3) rappel-inégalité de Clausius
exemple : centrale thermique d'Albi
animations F.Vandenbrouck
radioactivité et centrales nucléaires

dynamitage de la centrale d'Albi

principe du turboréacteur

 

 

mécanique

 retour au début

 

1ère année mouvement à forces centrales

2ème année nouveau programme :

(.. le but en physique est de savoir mener l'étude de systèmes simples électromécaniques.
Toute évaluation portant exclusivement sur la mécanique du solide est exclue..)


(ci-après: anciens programmes, incluant le nouveau signalé par *):

sommaire

1 familles de vecteurs, torseurs
1.1 rappels sur les vecteurs (certains vecteurs seront notés en caractères gras)
1.2 familles de vecteurs glissants torseurs

2 statique point matériel, solide
2.1 principe fondamental de la statique
2.2 notions sur les liaisons
2.2 actions de contact: lois du frottement de glissement

3 théorême des travaux virtuels
3.1 travaux virtuels


4 exercices de statique

5 cinématique
5.1 rappels de mathématiques fonctions, graphes, dérivées
5.2 cinématique du point, coordonnées intrinsèques, trièdre de Frenet
5.3 cinématique du solide, dérivation d'un vecteur dans un repère mobile composition des vitesses et des accélérations

6 exercices de cinématique

7 géométrie des masses

7.1 centre de masse Masse volumique, surfacique, linéique Centre de masse, Théorêmes de Guldin

7.2 moments d'inertie, produits d'inertie théorêmes de Huyghens

7.3 matrice d'inertie

8 cinétique

8.1 torseur des quantités de mouvement, résultante cinétique, Th. du centre de masse cas du solide
8.2 torseur des quantités d'accélérations, résultante dynamique, Th du centre de masse Th de Koenig
8.3 énergie cinétique, cas d'un ensemble de points matériels, énergie cinétique dans R* Th de Koenig

9 théorêmes généraux de la dynamique

9.1 lois fondamentales de la dynamique *
9.2 cas des référentiels non galiléens, forces d'inertie d'entrainement et de Coriolis *

9.3 lois de conservation des éléments cinétiques *

9.4 lois phénoménologiques de coulomb, frottement de glissement

exercices de dynamique
étude d'un ascenseur corrigé
poulie+ressort (machine d'Atwood) corrigé
volant régulateur corrigé

pendule d'Euler corrigé 1 2

11 travail puissance énergie

11.1 Puissance et travail : cas du point matériel, cas des forces appliquées à un solide, actions de contact *

11.2 théorême de la puissance cinétique, *

11.3 théorême de la puissance mécanique, energie potentielle,énergie mécanique totale *

retour au début

 

divers

le temps en physique

complément sur les séries de Fourier

circuit RLC série, résonance en tension et en courant

détection d'une OEM avec un circuit RLC accordé

retour au début





































retour au début