Concours de Réorientation universitaire Session 2013
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Université REPUBLIQUE TUNISIENNE Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique de Carthage Concours de Réorientation universitaire Session 2013 Epreuve des Sciences physiques ., L'épreuve comporte deux exercices de chimie et deux exercices de physique. , Le candidat un seul exercice au choix, , deux exercices de physique. Les deux parties de physique et de chimie doivent être , séparées. Barème: est appelé à traiter Chimie 6 points et de chimie, rédigées et les sur des feuilles physique 14 points (9+ 5). Chimie Exercice 1 ( 6 points) On désire galvaniser une plaque P, en fer, pour cela, on réalise l'électrolyse aqueuse (5) de sulfate l'électrolyseur de nickel. La plaque P, constitue qui contient la solution (5), L'autre électrode Un générateur de tension, de force électromotrice d'une solution l'une des deux électrodes de est une plaque P, inattaquable, E, est branché aux bornes de à travers P, et P,. La solution 5 est préparée par dissolution d'une masse m de sulfate de nickel dans de l'eau pure de façon à obtenir une solution aqueuse de volume l'électrolyseur V = 0,5 L et de concentration molaire C = 0,10 mol.V'. 1- 0- déterminer la quantité de matière du sulfate de nickel utilisé pour préparer S, b- En déduire la valeur de la masse m du sulfate de nickel utilisé, 2- Au niveau de la plaque P, et durant l'expérience, on note le dégagement de dioxygène, tandis que la plaque P, se recouvre, petit à petit, par une couche fine de nickel Ni a- Ecrire l'équation de la transformation chimique qui se produit au niveau de P" b- Donner le schéma du montage en précisant c- Préciser, en le justifiant, laquelle des deux plaques P, et P, est l'anode? 3- Après une durée d'électrolyse, 0- Justifier les polarités du générateur. la concentration la diminution de la concentration 1 de 5 en ions Ni" est de 0,04 mol.Lde 5 en ions Ni", b- Calculer la masse m' du nickel déposé sur la plaque P" c- Déterminer la quantité de matière d'après l'équation bilan de cette électrolyse NB : On supposera On donne: n(O,) de dioxygène on a toujours: dégagé, sachant n(Ni) = 2n(O,). que le volume de la solution reste constant durant toute l'électrolyse, M(NiSO.) = 155 g,mol'l, l M( Ni ) = 59 g,mol' 1/5 , que Exercice 2 ( 6 points) Une lame de cuivre, concentration cette plongée dans Cl, constitue une solution aqueuse de sulfate la demi-pile A d'une pile électrochimique pile électrochimique est constituée de cuivre de P. La demi-pile B de d'une lame de nickel plongée dans une solution aqueuse de chlorure de nickel de concentration Cl. Les deux demi-piles A et B sont reliées par un pont salin. standard Eo de cette pile est égale à 0,57 V. La force électromotrice Ni Le symbole de cette pile est: 1- Représenter INi 2 '(cl) Il CU ICu, 2 '(CI) le schéma de cette pile. 'J.r .", 2- Ecrire l'équation chimique associée à cette pile. 3-0- Donner l'expression de la force électromotrice des concentrations C, et Cl. b- Calculer la valeur de E pour C, 4- Ecrire, en le justifiant, 5-a- initiale E de P en fonction de Eo et = 10'l mol.L" et C, la" moI.L". l'équation de la réaction possible spontanément. Calculer la valeur de la constante b- Déterminer = les concentrations d'équilibre K associée à cette pile. finales C, et C, des solutions aqueuses des deux demi-piles A et B, lorsque la pile ne débite plus. On supposera que les volumes des solutions, dans les deux compartiments égaux et qu'ils restent Physique (14 points) Exercice 1 (9 points) constants de la pile, sont durant toute l'expérience. Un dipôle PN est constitué d'une bobine d'inductance L et de résistance résistance R r en série avec un conducteur = électromotrice Un interrupteur 50 n. Un générateur de tension de force E est branché aux bornes du dipôle PN. k assure la fermeture schéma du montage est donné par figure d'acquisition P ohmique de permet d'enregistrer du circuit. (L,r) Le 1. Un dispositif Q simultanément l'évolution des tensions aux bornes de la bobine et aux bornes du conducteur ohmique. A un instant t = a s, on R ferme le circuit ainsi constitué. Les courbes C, et Clde la figure 2 de la feuille annexe de la page 5/5, obtenues à partir du dispositif d'acquisition, N représentent Figure 1 l'évolution des tensions uPQ(t) et UQN(t). A -1- Donner l'expression de uPQ(t) en fonction de L,r et de l'intensité du courant i(t). 2/5 2- Montrer, por application de la loi des mailles, que l'équation différentielle qui traduit l'évolution de l'intensité i(t) du courant qui circule dans le circuit peut se mettre di 1. E L forme: - "-1 = -, avec 1: = --. dt 1: L R.•r 3-a- Vérifier que: i( t ) = en précisant ra [1- exp( -~ )] est solution de cette Par exploitation qui traverse parmi les courbes Cl et C"~ celle qui correspond 2-Justifier que la bobine a une résistance 3 - Déterminer permanent. la valeur de l'intensité b-Déduire graphiquement, branché aux bornes la valeur de la constante E. 1: du dipôle RL. de temps de capacité C. Un délivrant une tension sinusoïdale u(t) = Umsin(21TNt) est du dipôle RLC. A la fermeture i(t)= Imsin(21TNt .• 4l) s'établit. de visualiser, simultanément, du circuit, un courant Un oscilloscope convenablement les tensions: qu'il s'agit d'un régime d'oscillations N forcées, ohmique et u(t) du générateur, en précisant sinusoldal branché permet u.(t) aux bornes du conducteur aux bornes du générateur. Pour une fréquence chronogrammes de la figure 3. 1- Justifier en régime r de la bobine et celle la force électromotrice est associé en série à un condensateur basse fréquence(GBF) d'intensité r non nulle. la valeur de l'inductance L de la bobine. Le dipôle PN précédent générateur à l'évolution de UQN(t). du courant qui circule dans le circuit 4- En déduire la valeur de la résistance 5-a-Déterminer, le circuit en régime des courbes de la figure 2 de la feuille annexe de la page 5/5 : 1- Préciser, c- équation différentielle, l'expression de ID. b- Montrer que ID est l'intensité du courant électrique permanent. B- sous la on obtient l'excitateur les et le résonateur. 2- Montrer que la courbe Cz de la figure 3 correspond 3- Par exploitation a- Déterminer des chronogrammes à l'évolution de u.(t). de la figure 3 : la valeur de la fréquence N et celle de la pulsation ru. b- Déterminer la valeur de la phase initiale 4l et de l'intensité maximale Im du courant. c- Calculer l'impédance Z du circuit. 4- Montrer que pour cette l'intensité fréquence N du GBF, on peut obtenir i(t) et la tension u(t), par une modification bobine. De quel phénomène physique s'agit-il? 3/5 un déphasage nul entre de la valeur de l'inductance L de la Teu.";;oll eu V ~ -r-~\ . Courbe 2 : .•... la 8 4 2 _ •• _ ~ L..• . _. 16 14 -2 Figure 3 Exercice 2 (5 points) L'extrémité 5 d'une corde élastique est reliée à un vibreur qui lui impose un mouvement vibratoire, transversal et sinusoïdal de fréquence N et d'amplitude de mouvement du point 5 est: ys(t) = a.sin(200n Ainsi, on a une onde qui prend naissance t + a. L'équation horaire ljls),où y,(t) est donnée en cm. et se propage le long de la corde avec une célérité v = 6 m.s''. Chaque point de la corde est repéré par son abscisse x(t) par rapport à un repère d'espace (Oxy). Un dispositif approprié placé à l'autre l'extrémité permet d'empêcher toute réflexion de l'onde. On négligera l'atténuation de la corde de l'amplitude. 1-a- Déterminer la fréquence N de vibration de la corde b- Préciser la valeur de la phase initiale ljls de la source, sachant que le point 5 passe par a dans le sens positif à l'instant t=O s. c- Calculer la valeur de la longueur d'onde Â. de l'onde qui se propage. 2-a- Donner l'expression de l'équation horaire du mouvement d'un point M situé, au repos, à une position d'abscisse x par rapport à la source 5. b- Comparer la nature du mouvement d'un point MI. par rapport celle de la source, sachant que Ml est situé, au repos, à une position d'abscisse Xl = 13,5 cm de 5. 3 - A un instant tl ,l'onde atteint le point Mz situé au repos à une position d'abscisse Xz égale à 27,0 cm par rapport à 5 (position du front d'onde à cet instant). 0- Déterminer la valeur de tl. que Mz vibre en opposition de phase par rapport à 5. C- Donner, à cet instant tl, le nombre et les abscisses des points qUi vibrent b- Justifier opposition de phase avec la source 5. 4/5 en
