Université Pierre et Marie Curie Année Universitaire 2005-2006
UE de Physique 105
Thermodynamique et Applications biophysiques
Examen de biophysique du 27 janvier 2006
Durée de l’épreuve : 2 heures
Tous documents interdits. Téléphones portables interdits. Seules les calculatrices de type collège sont autorisées.
Ce sujet de 4 pages comporte deux parties (I. Question de cours et II. Problème et exercice) qui doivent être
rédigées sur deux copies anonymes différentes (copies avec un coin à rabat). Choisir arbitrairement un
numéro d’anonymat (4 chiffres) et l’indiquer lisiblement sur toutes les copies
Poser toujours les calculs littéraux avant de passer, s’il y a lieu, à l’application numérique.
I. Question de cours (à rédiger sur une feuille séparée)
Répondre succinctement aux questions en privilégiant les schémas aux longues dissertations
1) Tracer dans le plan (P, T) le diagramme d’équilibre des phases pour l’eau. Quelle est
la particularité de l’eau par rapport à la plupart des autres corps purs ?
2) Décrire avec soin, schéma à l’appui, l’expérience du Bouillant de Franklin. Répondre
en particulier aux questions suivantes :
a) Lorsqu’on retourne le ballon quelle est la composition du gaz qui y est
contenu ?
b) À l’équilibre liquide-vapeur de quoi dépend la pression de vapeur saturante ?
c) Lorsqu’on verse de l’eau froide sur le ballon on constate que l’eau reprend
l’ébullition. Expliquer pourquoi en s’appuyant sur le diagramme d’équilibre
des phases.
3) Considérons un verre d’eau (masse volumique
ρ
e) dans lequel on immerge un glaçon
de masse m, volume Vg et masse volumique
ρ
g ; le niveau d’eau dans le verre est h1.
a) Quelle force équilibre le poids du glaçon ?
b) En écrivant la condition d’équilibre pour le glaçon flottant dans l’eau, en
déduire l’expression du volume de la partie immergée du glaçon Vimm.
c) Une fois le glaçon complètement fondu, quel sera le niveau d’eau h2 dans le
verre ?