Ondes sonores, cellule photovolta�que, pile saline, Bac Sti2d 2021.

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Exercice 1. Ondes sonores
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Partie A
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Une personne souhaite assister au d�collage de la fus�e Ariane sans protection auditive.
L'intenit� acoustique du bruit g�n�r� par le d�collage vaut 100 W m-2 � 100 m de la rampe de lancement.
1. A quelle distance minimale de la rampe de lancement, la personne doit-elle se trouver pour que le bruit ne pr�sente aucun risque pour l'audition.
On consid�re que l'oreille ne subit pas de dommage pour un son de niveau d'intensit� sonore inf�rieur � 100 dB pendant une dur�e d'exposition ne d�passant pas 4 minutes par jour.
Niveau sonore li� au d�collage � 100 m de la rampe : L = 10 log(100 / 10-12) = 10 log 1014 = 140 dB.
Le niveau d'intensit� sonore diminue de 20 dB lorsque la distance par rapport � la source est multipli�e par 10.
Niveau sonore li� au d�collage � 1000 m de la rampe : 140-20=120 dB.
Niveau sonore li� au d�collage � 10 000 m = 10 km de la rampe : 120 -20 =100 dB.
La personne doit se trouver � une distance minimale de 10 km.
Partie B.
1. On rappelle que L = 10 log (I / I0). Montrer que I = I0 x10L /10.
log (I / I0) =L /10 ; I / I0 =10L /10.
I = I0 x10L /10.
2. Calculer l'intensit� sonore pour l = 50 dB.
I = 10-12 x105 =10-7 W m-2.
3. L'intensit� sonore doublet-elle lorsque l'on double le niveau d'intensit� sonore L ?
L = 10 log (I / I0) ; I = I0 x10L /10.
 2L =L' = 20 log (I' / I0) ; I' = I0 x10L' /10 I' = I0 x102L /10 = I0 x102L /10 =I0 x10L /10 x10L /10 .
I' = I x
10L /10 .
L'intensit� sonore ne double pas si le niveau d'intensit� sonore double.
4. Montrer que l'intensit� sonore est divis�e par 100 lorsque la distance � la source est multipli�e par 10.
A la distance d1 de la source L1 = 10 log (I1 / 10-12).
A la distance d2 =10 d1 de la source L2 =L1-20= 10 log (I2 / 10-12).
10 log (I1 / 10-12)-20 = 10 log (I2 / 10-12).
10[ log (I1 / 10-12)-log (I2 / 10-12)] = 20 ;
log (I1 / I2 )= 20 /10 = 2 ;
I1 / I2 = 100 ; I2 = I1 / 100.

Exercice 2. Voiture solaire miniature.
Etude exp�rimentale de la cellule photovolta�que.
On trace la caract�ristique courant tension de la cellule.

1. Indiquer les fonctions des deux multim�tres.
Multim�tre 1 en d�rivation : voltm�tre.
Multim�tre 2 en s�rie : amp�rem�tre.
2. Indiquer le r�le de la r�sistance de valeur r�glable.
Cette r�sistance permet de faire varier l'intensit� du courant.
3. Compl�ter le diagramme �nerg�tique.


4. Indications du constructeur : Intenit� de court-circuit Icc = 70 mA ; tension � vide UCO =3,0 V.
Indications relev�es exp�rimentalement :
Intenit� de court-circuit Icc = 78 mA ; tension � vide UCO =3,5 V.
A 15 % pr�s ces indications concordent.
5. On s'int�resse � la puissance �lectrique P�lec d�livr�e par la cellule. Donner la relation liant la puissance, l'intensit� et la tension.
P = U I ; P (watt) ; U(volt) et I(amp�re).
6. D�terminer la puissance cr�te et la tension correspondante.

7. En d�duire l'intensit� correspondante.
Icrete = Pcrete / Ucrete = 0,2 / 2,7 ~0,074 A.
8. Montrer que le rendement de la cellule est de l'ordre de 17 %.
Puissance solaire re�ue par unit� de surface : 800 W / m2.
Surface de la cellule : S =60 10-3 x25 10-3 =0,0015 m2.
Puissance solaire : 800 x 0,0015 =1,2 W.
Rendement = puissance �lectrique cr�te / puissance solaire = 0,2 / 1,2 ~0,17 (17 %).


Pile saline.

Quand la pile fonctionne, l'�lectroode de zinc est le si�ge de la transformation chimique : Zn(s) --> Zn2+aq +2e-.
L'�lectrode de graphite est le si�ge de la transformation chimique : MnO2(s) +H+aq +e- --> MnO(OH) (s).
La pile est reli�e � un conducteur par des fils �lectriques.
10.  Quand la pile d�bite un courant �lectrique, pr�ciser la nature des porteurs de charge �lectrique dans le circuit ext�rieur.
Les �lectrons.
11. Indiquer si le zinc subit une oxydation ou une r�duction. Justifier.
Le zinc, r�ducteur, lib�re des �lectrons ; c'est un r�ducteur qui s'oxyde.

12. Pr�ciser si le zinc joue de r�le decathode ou d'anode.
Une oxydation a lieu � l'anode en zinc.
13. Ecrire le couple oxydant / r�ducteur auquel appartient le dioxyde de mangan�se.
MnO2 (s) / MnO(OH) (s).
14. Ecrire l'�quation de fonctionnement de la pile.
Zn(s) --> Zn2+aq +2e-.
2MnO2(s) +2H+aq +2e- --> 2MnO(OH) (s).
Ajouter :
2MnO2(s) +2H+aq +2e- +Zn(s) --> 2MnO(OH) (s) + Zn2+aq +2e-.
Simplifier :
2MnO2(s) +2H+aq +Zn(s) --> 2MnO(OH) (s) + Zn2+aq .


 



  

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