Collège Sadiki Devoir de contrôle n° : 2 Sciences physiques 4ème

Collège Sadiki
Devoir de contrôle n° : 2
Sciences physiques
4ème maths et Sc.Exp
Samedi 19 -02-2011
Profs : Obey-Fkih et
Cherchari
On considère l’équilibre schématisé par l’équation :
N2O4(g)  2NO2(g)
N2O4 est un gaz incolore et NO2 est un gaz jaune brun. Les expériences sont réalisées dans un
récipient de volume V=10 L.
1- Dans le récipient, initialement vide, on introduit 0,25 mole de NO2 à 60 °C.
a- Calculer la fonction des concentrations . Déduire le sens d’évolution spontanée de la
réaction.
b- Comment varie l’intensité de la couleur du système chimique au cours de la réaction qui
se produit.
c- Le système étant en équilibre dynamique, on le refroidit jusqu’à la température 25 °C en
maintenant la pression constante. La couleur du mélange devient plus claire. Déduire, en
le justifiant, le caractère énergétique de la réaction directe ( réaction de dissociation de
N2O4).
2- Dans une deuxième expérience, on introduit, dans le récipient vide, n0=0,25 mole de N2O4
à la température de 25 °C. A l’équilibre dynamique, le récipient renferme 0,304 mole
gazeuze.
a- Dresser le tableau d’avancement de la réaction.
b- Calculer l’avancement final xf de la réaction, puis déduire la valeur du taux d’avancement
final f.
c- Exprimer la constante d’équilibre K de la réaction en fonction de n0, V et f. Calculer K.
d- Le système étant en équilibre dynamique et à température constante.
 Faut il augmenter ou diminuer la pression du système chimique pour rendre sa couleur
plus foncée.
 Quel est l’effet d’une augmentation de pression du mélange sur la valeur de f et sur
celle de K.
Exercice 1 ( 6 pts) :
1. Un condensateur de capacité C est chargé à l’aide
d’un générateur de tension délivrant à ces bornes une
tension constante U. Calculer la charge Q0 ainsi que
l’énergie électrique emmagasinée E0C.
On donne : C= 2,5 10-6F ; U= 20V.
2. Les armatures de ce condensateur chargé sont
reliées à une bobine d’inductance L de résistance
négligeable. A un instant t=0s, pris comme origine des temps on ferme l’interrupteur
K2 et on ouvre K1 ( Voir figure ci-dessus). L’intensité i(t) du courant est comptée
positivement quand le courant circule dans le sens indiqué sur le schéma . On
appelle q(t) la charge de l’armature reliée au point A et on précise qu’à l’instant t=0s
cette armature est chargée positivement.
a) Etablir l’équation différentielle vérifiée par la charge q(t).
b) Montrer que q(t) = Qmax sin(0t + ) est une solution de cette équation différentielle pour
une valeur particulière 0. Déterminer l’expression de 0 et calculer sa valeur.
On donne L= 25 mH.
Chimie ( 7 points )
Physique ( 13 points )
(c)
(B)
(G)
K1
K2
2
U
uC
Qmax
B
A

3. Etablir les expressions des fonctions q(t) et i(t). Dans ces expressions, les valeurs numériques des
coefficients seront calculées.
4. a) Donner les expressions des fonctions EC(t) et EL(t) des énergies stockées respectivement dans le
condensateur et dans la bobine .Dans ces expressions , les valeurs numériques des coefficients seront
calculées.
b) Montrer que la somme ETot = Ec(t) + EL(t) est égale à une constante que l’on calculera.
Conclure.
c) Déterminer l’expression de EL en fonction de q. Représenter l’allure de la courbe
EL= f(q).
Exercice 2 ( 7 pts ) :
Un circuit comporte en série :
- Une bobine d’inductance L et de résistance r.
- Un conducteur ohmique de résistance R=30 Ω.
- Un condensateur de capacité C.
- Un générateur de basses fréquences délivrant une tension alternative sinusoïdale u(t)=30√2sin(2Nt ) de
fréquence N réglable.
L’intensité instantanée du courant électrique qui circule dans le circuit est i(t)=Imsin(2Nt +i).
1- Sur l’écran d’un oscilloscope bicourbe, on visualise les tensions u(t) sur la voie (I) et ub(t) aux bornes
de la bobine sur la voie (II), on obtient les courbes de la figure -1-
a- Représenter le schéma du circuit électrique et indiquer par un tracé clair les connexions avec
l’oscilloscope.
b- Déterminer le déphasage angulaire =ub - u.
c- Sachant que les deux voies de l’oscilloscope ont la même sensibilité verticale, déterminer l’expression
de la tension ub(t).
2- Etablir l’équation différentielle régissant les variations de i(t).
3- On donne, dans la figure 2, la représentation de Fresnel incomplète relatives aux tensions efficaces.
a- A partir de cette représentation, déterminer la valeur de l’intensité efficace I et celle de la résistance r
de la bobine.
b- Calculer le déphasage angulaire (ub - i). En déduire la valeur de l’inductance L de la bobine.
c- Montrer que le circuit est capacitif, puis compléter la représentation de Fresnel et déduire la valeur de
la capacité C.
d- Exprimer la puissance moyenne électrique P consommée par le circuit en fonction de la tension
efficace U aux bornes du G.B.F, R, r, L, C et la pulsation .
4- On modifie la valeur de la pulsation , pour une valeur 1 de cette pulsation, la puissance moyenne
prend une valeur maximale P1 .
a- Dans quel état se trouve le circuit ?
b- Calculer 1 et P1.
c- Etablir alors l’expression de la tension instantanée uc(t) aux bornes du condensateur.