lecons agreg

Agrégation session 2015
Plans et remarques
Mickaël Melzani
École Normale Supérieure de Lyon

Sommaire
Sommaire 1
1 Préambule 6
1.1 Avertissement ...................................... 6
1.2 Liens utiles ....................................... 6
2 Introduction 8
Généralités sur les leçons de physique ............................ 8
Sur les montages ....................................... 8
Incertitudes .......................................... 8
Incertitudes .......................................... 15
3 Mécanique, mécanique des fluides 23
LP 1 – Contact entre solides, frottements ......................... 23
LP 2 – Caractère non galiléen du référentiel terrestre ................... 27
LP 3 – Approximation gyroscopique. Effets dans les domaines macroscopique et micro-
scopique ......................................... 30
LP 4 – Lois de conservation en dynamique ......................... 34
LP 5 – Cinématique relativiste ............................... 39
LP 6 – Dynamique relativiste ................................ 42
LP 7 – Notion de viscosité d’un fluide. Écoulement visqueux. .............. 44
LP 8 – Modèle de l’écoulement parfait d’un fluide ..................... 47
LP 9 – Phénomènes interfaciaux impliquant des fluides .................. 52
MP 1 – Dynamique newtonienne .............................. 54
MP 2 – Surfaces et interfaces ................................ 56
MP 3 – Dynamique des fluides ............................... 58
4 Thermodynamique 60
LP 10 – Gaz parfaits, gaz réels ............................... 60
LP 11 – Premier principe de la thermodynamique ..................... 63
LP 12 – Évolution et condition d’équilibre d’un système thermodynamique fermé . . . 67
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LP 13 – Application des deux premiers principes de la thermodynamique aux fonction-
nement des machines thermiques ........................... 73
LP 14 – Transitions de phase ................................ 78
LP 16 – Rayonnement d’équilibre thermique. Corps noir. ................. 82
LP 17 – Phénomènes de transports ............................. 86
LP 18 – Flux conductifs, convectifs, radiatifs, bilans thermiques ............. 88
MP 5 – Mesure de température ............................... 91
MP 6 – Transitions de phase ................................ 94
MP 34 – Phénomènes de transport ............................. 96
5 Électromagnétisme 97
LP 19 – Conversion de puissance électromécanique .................... 97
LP 20 – Induction électromagnétique ............................ 99
LP 27 – Ondes électromagnétiques dans les milieux diélectriques ............ 101
LP 28 – Ondes électromagnétiques dans les milieux conducteurs ............. 104
LP 29 – Rayonnement dipolaire électrique ......................... 106
LP 45 – Propriétés macroscopiques des corps ferromagnétiques ............. 111
MP 15 – Production et mesure de champs magnétiques .................. 115
MP 16 – Milieux magnétiques ................................ 117
MP 19 – Effets capacitifs .................................. 120
MP 20 – Induction, auto-induction ............................. 123
MP 21 – Production et conversion d’énergie électrique .................. 126
MP 35 – Moteurs ....................................... 130
6 Ondes 133
LP 23 – Ondes progressives, ondes stationnaires ...................... 133
LP 24 – Ondes acoustiques ................................. 137
LP 25 – Propagation dans un milieu dispersif ....................... 140
LP 26 – Propagation guidée des ondes ........................... 143
MP 29 – Ondes : propagation et condition aux limites .................. 147
MP 30 – Acoustique ..................................... 148
7 Optique géométrique et ondulatoire 151
LP 30 – Présentation de l’optique géométrique à l’aide du principe de Fermat . . . . . 151
LP 31 – Interférences à deux ondes en optique ....................... 154
LP 32 – Interféromètres à division d’amplitude ...................... 158
LP 33 – Diffraction de Fraunhofer ............................. 161
LP 34 – Diffraction par des structures périodiques .................... 164
MP 7 – Instruments d’optique ................................ 167
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MP 8 – Interférences lumineuses .............................. 171
MP 9 – Diffraction des ondes lumineuses .......................... 173
MP 10 – Spectroscopie optique ............................... 175
MP 11 – Émission, absorption de la lumière ........................ 177
MP 12 – Photorécepteurs .................................. 180
MP 13 – Biréfringence, pouvoir rotatoire .......................... 182
MP 14 – Polarisation des ondes électromagnétiques .................... 184
8 Mécanique quantique 187
LP 35 – Absorption et émission de la lumière ....................... 187
LP 36 – Aspect corpusculaire du rayonnement. Notion de photon ............ 190
LP 37 – Aspects ondulatoires de la matière. Notion de fonction d’onde ......... 193
LP 38 – Confinement d’une particule et quantification de l’énergie ........... 195
LP 39 – Effet tunnel ..................................... 198
LP 40 – Fusion, fission .................................... 200
LP 41 – Évolution temporelle d’un système quantique à deux niveaux ......... 205
LP 42 – Molécules : stabilité, énergie ............................ 208
9 Physique statistique 212
LP 15 – Étude statistique d’un système en contact avec un thermostat. Probabilité
canonique. ........................................ 212
LP 43 – Capacités thermiques : description, interprétations microscopiques . . . . . . . 215
LP 44 – Paramagnétisme, ferromagnétisme : approximation du champ moyen . . . . . 218
LP 46 – Mécanismes de la conduction électrique dans les solides ............. 221
MP 17 – Métaux ....................................... 224
MP 18 – Matériaux semi-conducteurs ............................ 226
10 Signaux 229
LP 21 – Rétroaction et oscillations ............................. 229
LP 22 – Traitement d’un signal. Étude spectrale. ..................... 233
LP 47 – Phénomènes de résonance dans différents domaines de la physique ....... 235
LP 48 – Oscillateurs ; portrait de phase et non-linéarités ................. 238
MP 4 – Capteurs de grandeurs mécaniques ........................ 242
MP 22 – Amplification de signaux ............................. 245
MP 23 – Mise en forme, transport et détection de l’information ............. 247
MP 24 – Acquisition, analyse et traitement des signaux ................. 248
MP 25 – Mesure de fréquences temporelles (domaine de l’optique exclu) ........ 250
MP 26 – Mesure de longueurs ................................ 252
MP 27 – Systèmes bouclés .................................. 254
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MP 28 – Instabilités et phénomènes non-linéaires ..................... 257
MP 31 – Résonance ..................................... 259
MP 32 – Couplage des oscillateurs ............................. 262
MP 33 – Régimes transitoires ................................ 264
11 Leçons de chimie 266
LC 1 – Chimie et couleur (L) ................................ 266
LC 2 – Séparations, purifications, contrôle de pureté (L) ................. 269
LC 3 – Polymères (L) .................................... 270
LC 4 – Chimie et développement durable (L) ....................... 272
LC 5 – Synthèse inorganique (L) .............................. 274
LC 6 – Stratégies en synthèse organique (L) ........................ 276
LC 7 – Dosages (L) ...................................... 278
LC 8 – Facteurs cinétiques (L) ............................... 280
LC 9 – Caractérisations par spectroscopie en synthèse organique (L) .......... 282
LC 10 – Relation structure réactivité en chimie organique (L) .............. 284
LC 11 – Capteurs électrochimiques (L) ........................... 286
LC 12 – Molécules de la santé (L) .............................. 288
LC 13 – Structures et propriétés de molécules du vivant (L) ............... 289
LC 14 – Réaction chimique par échange de proton (L) .................. 292
LC 15 – Solvants (CP) .................................... 294
LC 16 – Classification périodique (CP) ........................... 296
LC 17 – Solides cristallins (CP) ............................... 298
LC 18 – Corps purs et mélanges binaires (CP) ....................... 300
LC 19 – Oxydoréduction (CP) ............................... 306
LC 20 – Détermination de constantes d’équilibre (CP) .................. 308
LC 21 – Dosages suivis par potentiométrie (CP) ...................... 309
LC 22 – Cinétique homogène (CP) ............................. 310
LC 23 – Évolution et équilibre chimique (CP) ....................... 312
LC 24 – Optimisation de synthèses industrielles (CP) ................... 314
LC 25 – Diagrammes potentiel-pH (construction exclue) (CP) .............. 317
LC 26 – Corrosion humide des métaux (CP) ........................ 319
LC 27 – Stéréochimie (CP) ................................. 321
LC 28 – Conversion réciproque d’énergie électrique en énergie chimique (CP) . . . . . 323
LC 29 – Solubilité (CP) ................................... 325
LC 30 – Cinétique électrochimique (CP) .......................... 327
Remarques sur les manipulations .............................. 329
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