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On a réalisé le montage ci-dessous R= 400
W, L= 0,4 H et C= 1mF
; E=4 V. Répondre par vrai ou faux en
justifiant.
On charge le condensateur ( commutateur en position 1) puis
à la date t=0 le commutateur est basculé en
position 2. Les points A et B sont reliès à un
système d'acquisition. On visualise
l'évolution des tensions au cours du temps.
- La courbe a visualise :
- la tension aux bornes du concensateur
- la tension aux bornes du conducteur ohmique R
- la tension aux bornes de la bobine.
La courbe b visualise :
- la tension aux bornes du conducteur ohmique R
- la tension aux bornes de la bobine.
- L'énergie emmagasinée par le circuit
RLC à la date t= 0 vaut : 8 mJ ; 8 m
J ; 2 m J.
- Lorsque les deux courbes se coupent pour la
première fois l'intensité du courant vaut :
5 mA ; 7,7 mA ; 4,2 mA
- Lorsque les deux courbes se coupent pour la
première fois la somme des énergies
emmagasinées dans la bobine et dans le
condensateur notée E2 est : 7
m J ; 5 m
J ; 2 m J ;
- Lorsque les deux courbes se coupent pour la
première fois l'énergie dissipée
dans la résistance vaut : 3 m
J ; 1 mJ ; 10 mJ
II- On donne le graphe représentant les
énergies cinétique et potentielle en fonction
du temps d'un oscillateur élastique ( solide +
ressort de raideur k ) horizontal, écarté de
sa position d'équilibre et lâché sans
vitesse initiale à t=0 de l'abscisse x0.
L'origine des abscisses est la position
d'équilibre.
- La courbe a correspond à l'énergie
cinétique.
- L'énergie mécanique du système
est Em=½kx0²
- L'allure des graphes permet de conclure à
l'absence de frottement.
III- On dispose d'une solution de nitrate d'argent (
Ag+ et NO3-) telle que c=
0,1 mol/L, d'une solution de nitrate de cuivre (
Cu2+ et SO42-) telle que c=
0,5 mol/L, d'un fil d'argent, d'une plaque de cuivre et d'un
pont salin au nitrate de potassium.On forme une pile.
L'équation de réaction est : 2Ag+ +
Cu(s) = 2Ag(s) + Cu2+; constante
d'équilibre associée K= 2 1015.
- On relie les deux métaux par une chaîne
conductrice, le quotient de réaction initial de ce
système est :
- Qr,i = 50 , alors la réaction est
spontanée dans le sens direct.
- Qr,i = 50 , alors la réaction est
spontanée dans le sens inverse.
- Qr,i = 0,02 , alors la réaction est
spontanée dans le sens direct.
- Qr,i = 0,02 , alors la réaction est
spontanée dans le sens inverse.
- Si la pile fonctionne alors son quotient de
réaction : augmente, diminue, ne varie pas.
- Quelle est la borne négative de la pile ?
l'argent, le cuivre.
- Une pile de ce type a une fem E= 2 V. Elle peut
fonctionner pendant 10 h si le courant vaut 320 mA.
L'énergie maximale disponible vaut W= Q E
où Q est la quantité
d'électricité débitée par la
pile. 1F= 96500 C.
- L'énergie maximale disponible vaut : 11,5 J ;
1,15 104 J ; 2,3 104 J.
- La quantité de matière d'électrons
qui circule pendant la durée de fonctionnement est
: 0,12 mol ; 1 mol ; 2 mol.
corrigé
M, masse se trouve entre le condensateur et le
résistor : on visualise donc la tension
UAM aux bornes du condensateur et la tension
UBM aux bornes du résistor.
à t=
0 le condensateur n'a pas eu le temps de se
déchargé et la tenion à ces bornes vaut
4 V ( courbe a) ; l'intensité est nulle à t=0
et en conséquence la tension UBM =R i est
nulle ( courbe b)
Energie
stockée par le condensateur à t=0 : E=
½CU² = 0,5*10-6*42 =8
10-6 J = 8
mJ.
Les
courbes se coupent pour la première fois à
U=1,8 V ; R= 400 W
d'où i = 1,8/400 = 4,5
mA.
énergie
stockée par le condensateur : ½
10-6*1,82 = 1,62 mJ
énergie
stockée par la bobine : ½Li² = 0,5*0,4*(4,5
10-3)2 = 4 m
J
total :
1,62+4 = 5,62mJ.
énergie
dissipée dans la résistance : 8-5,62 =
2,38
mJ.
à t =0, la vitesse est nulle : l'énergie
cinétique est donc nulle ( courbe b)
à t=0
toute l'énergie mécanique est sous forme
potentielle élastique
½kx02 .
pas de
frottement, l'énergie mécanique reste
constante.
Qr,i = [Cu2+]i /
[Ag+]i2 = 0,5 /
0,1² = 50.
Qr,i
< K, donc évolution dans le sens direct, de gauche
à droite.
si la pile
fonctionne [Cu2+] augmente et
[Ag+] diminue : donc Qr
augmente et se rapproche de K.
Cu s'oxyde
en ion Cu2+ et libère des électrons
: Cu est la borne négative de la pile.
Qmax
= I t = 0,32*3600*10 = 11520 C
d'où
W= 11520*2 = 23040
J.
Qté
de lmatière d'électons : 11520 / 96500 =
0,12
mol.
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