Thèmes de l`examen oral de juin 2003 Chapitre 1

1Thèmes de l'examen oral de juin 2003
Chapitre 1 : Thermodynamique
pp.7-8 Température absolue : concept à comprendre à partir de l'expérience d'Amontons (thermomètre
à gaz à volume constant).
pp.9-17 Lois de comportement des gaz : loi de Gay-Lussac (Amontons), loi de Charles, loi de Boyle et
Mariotte et loi d'Avogadro. Formes mathématiques et interprétation physique des lois à connaître.
pp.18-20 Théorie cinétique des gaz parfaits : pas de restitution mais compréhension de la démarche et des
concepts de base. En particulier : avoir à l'esprit le rapport entre la température absolue et
l'énergie cinétique moyenne des particules.
p.21 L'énergie thermique : connaître et comprendre la formule donnant l'énergie thermique d'un gaz
parfait de manière à comprendre, en particulier, l'équivalence entre l'énergie mécanique (à
l'échelle microscopique) et la chaleur (expérience de Joule).
p.22 Equilibre thermique : comprendre l'équipartition de l'énergie thermique à partir de la notion de
collision. Principe "zéro" de la thermodynamique. Quantité de chaleur et calorie : connaître la
définition de la calorie (et la grande calorie).
pp.23-28 Capacité calorifique : comprendre et connaître la définition de la capacité calorifique. Pouvoir
retrouver la capacité calorifique d'un gaz parfait à volume constant à partir de son énergie interne
(capacité calorifique molaire). Comprendre le rôle du nombre de degrés de liberté des molécules
dans la capacité calorifique des gaz moléculaires. Pouvoir expliquer pourquoi la capacité
calorifique de l'eau est élevée.
pp.30-35 Transferts d'énergie thermique : comprendre l'expérience de Fourier (pouvoir en restituer la
description mathématique menant à la mesure du débit de chaleur). Connaître et comprendre la
loi de Fourier. Comprendre les concepts de convection et de rayonnement thermique.
pp.37-39 Systèmes thermodynamiques : comprendre la notion de système thermodynamique et connaître
les conventions de signe des différentes formes d'énergie affectant un système. Connaître le
premier principe de la thermodynamique : la conservation de l'énergie.
pp.42-51 Les 4 transformations élémentaires : comprendre et restituer les descriptions mathématiques et
les analyses des 4 transformations élémentaires: l'isobare, l'isochore, l'isotherme et l'adiabatique.
En particulier, pouvoir expliquer pourquoi la compression adiabatique est accompagnée d'un
échauffement (p. 42), être capable de faire un bilan énergétique, démontrer la relation de
Laplace, expliquer la forme mathématique du travail d'une transformation quelconque (p. 45).
pp.54-68 Les machines thermiques : connaître les notions de machines et cycles thermiques. Pouvoir
restituer les développements menant aux expressions mathématiques des rendements des
cycles de Carnot et d'Otto. Connaître le principe du moteur à turbine à gaz et du réfrigérateur.
pp.69-71 Entropie et second principe : connaître la définition de l'entropie. Pouvoir restituer et comprendre
les démonstrations montrant que le cycle de Carnot, en particulier, et tout cycle
thermodynamique conserve l'entropie (en déduire que l'entropie est une fonction d'état).
pp.73-76 Analyse de la production d'entropie des cycles de Carnot et d'Otto : comprendre la différence
essentielle existant entre les deux cycles en ce qui concerne l'entropie et la répercussion que
cette différence a sur leurs rendements.
pp.77-80 Entropie, irréversibilité et déséquilibre : pouvoir restituer le développement menant à la
production d'entropie liée à la thermalisation de deux enceintes de gaz parfaits et à la détente
libre adiabatique d'un gaz parfait. Pouvoir interpréter l'accroissement d'entropie en termes
d'irréversibilité des processus (voir également le lien entre entropie et désordre p. 89).

Chapitre 2 : Electricité
pp.1-5 Introduction, principe de l'électrisation par frottement, isolant, conducteur (répartition des
charges), observations et loi de Coulomb : à revoir pour bien comprendre la suite.
pp.6-7 Principe de superposition : ce principe est central en électromagnétisme et vous y serez
confrontés d'une manière ou d'une autre à l'examen. Vous devez, en particulier, pouvoir
manipuler des vecteurs (combinaison de forces).
pp.8-11 Champ électrique, lignes de champ, analogie au flux de particules : ces notions sont centrales
dans le cours, les deux dernières peuvent être très utiles pour l'interprétation physique et sont
donc précieuses pour l'examen (p.ex. la densité de lignes de champ représente l'amplitude du
champ électrique, …).
p.12 Charges et champs dans les conducteurs : pouvoir expliquer pourquoi le champ est nul dans un
conducteur et à l'intérieur d'un conducteur creux et pourquoi le champ est perpendiculaire aux
surfaces des conducteurs.
pp.13-15 Distributions de charges continues (volume, surface, ligne) : vous devez connaître et pouvoir
interpréter les expressions donnant le champ électrique dans les trois cas, il se pourrait qu'un
exercice porte sur le calcul d'une de ces expressions (calcul d'intégrales).
pp.16-22 Théorème de Gauss : connaître sa formulation, vous devez comprendre toutes les étapes
menant au théorème, il pourrait y avoir des questions sur la notion de flux (de champ ou
particules : intégrales de surface).
pp.22-27 Forme locale du théorème de Gauss : vous devez pouvoir manipuler un minimum la notion de
divergence (connaître son interprétation physique peut être très utile).
pp.28-32 Le potentiel électrique : il faut pouvoir interpréter physiquement la formule donnant le potentiel à
partir du champ (intégrale de circulation : le potentiel est dérivé de l'énergie potentielle qui est
l'intégrale de circulation de la force électrique), ça pourrait faire l'objet de questions d'exercice.
Pour cela il serait utile de pouvoir refaire sans les notes le calcul du potentiel de la charge
ponctuelle.
pp.33-35 Le potentiel électrique dû à plusieurs charges : c'est le principe de superposition appliqué au
potentiel, il faut connaître et comprendre la formule générale (p.33). Il faut comprendre
qualitativement la figure des équipotentielles du dipôle (p.34). Le développement de la page 35
pourrait être l'objet d'une question théorique de restitution (il faut donc le connaître par coeur),
une application numérique de la formule finale pourrait être demandée.
pp.36-43 Potentiel des distributions de charges continues : comprendre la formule intégrale de la p. 36.
Pouvoir refaire le développement théorique menant à l'approximation dipolaire p. 40 (restitution)
et pouvoir interpréter les différentes étapes (une application pourrait être demandée, p.ex. calcul
d'un moment dipolaire).
pp.44-50 Dérivation du champ à partir du potentiel : pouvoir restituer le développement menant à la
formule donnant le champ à partir du potentiel, comprendre et manipuler cette formule. Pour la
signification physique du gradient (pp.47-48), il faut juste retenir la conclusion donnée à la fin de
la page 48 (dans le cadre en bas à droite), ça pourrait être utile pour des questions d'exercice.
Calcul du champ lointain du dipôle: pouvoir restituer le développement (et le comprendre).
pp.52-53 Potentiel et capacité électriques de la sphère : formules à connaître
p.54 Capacité électrique et influence électrostatique : comprendre le rôle de l'influence électrostatique
dans la capacité électrique d'un système de conducteurs (cf. questions d'exercice).

p. 55 Le condensateur plan : comprendre l'application du principe de superposition au calcul du champ
et de la capacité du condensateur plan (cf. questions d'exercice).
pp.57-60 Milieux diélectriques et polarisation : pouvoir restituer le développement menant au champ et à
la capacité d'un condensateur plan diélectrique. Connaître la définition de la susceptibilité
électrique et de la permittivité relative.
pp.61-62 Electrostatique des diélectriques : connaître l'expression du champ électrique dans un
diélectrique et son interprétation physique (force électrique réduite).
pp.63-65 Le condensateur en pratique : connaître et comprendre les lois d'association des condensateurs
et la formule donnant l'énergie stockée dans un condensateur.
pp.66-72 Courants et résistances électriques : connaître l'origine microscopique du courant électrique,
connaître la définition de la densité de courant, connaître et comprendre les définitions de la
mobilité des électrons, de la conductivité électrique, de la résistivité électrique ainsi que la loi
d'Ohm, connaître et comprendre les formules d'association de résistances et la loi de Joule de la
dissipation de puissance. Pouvoir appliquer les formules (cf. questions d'exercice).
p.73 Charge et décharge d'un condensateur : connaître et comprendre les lois de charge et décharge
d'un condensateur, pouvoir les appliquer (cf. questions d'exercice).
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Chapitre 3 : Magnétisme
pp.1-3 Introduction, manifestations courantes du magnétisme, dipôle magnétique, moment de force,
champ magnétique, lignes de champ : à revoir pour bien comprendre la suite.
pp.4-5 Le magnétisme est dû à des charges en mouvement (courants) : connaître les observations
d'Oersted, Ampère, Biot et Savart, l'expression de la force magnétique dans un champ uniforme
et la définition du Tesla.
p.6 Force de Lorentz : expression de la force magnétique dans un champ uniforme avec inclinaison
quelconque et son interprétation microscopique. Pouvoir restituer le développement menant à
l'expression de la force de Lorentz (exercices : attention à la règle de la main droite).
pp.7-8 Particule libre dans un champ uniforme : pouvoir restituer la démonstration qui révèle que la
vitesse d'une particule chargée est conservée dans un champ magnétique. Connaître la formule
donnant le rayon de courbure de la trajectoire (et pouvoir l'appliquer).
p.9 Définition de la perméabilité et de l'Ampère : à connaître.
pp.10-13 Loi d'Ampère : connaître sa formulation (p.13) et comprendre les développements qui y mènent.
Cela peut être précieux pour les questions d'exercice.
p.14 Loi de Biot et Savart : connaître sa formulation y compris sa forme intégrale p.14.
pp.15-20 Applications des lois d'Ampère et Biot-Savart : comprendre les développements présentés au
cours. Il pourrait y avoir des questions d'exercice s'y rapportant (en particulier, en ce qui
concerne l'origine du magnétisme dans les matériaux magnétiques, p.17).
pp.21-22 Couple de force sur les spires : comprendre les développements et connaître la formulation
vectorielle du moment de force (moment magnétique dipolaire), des questions d'exercice
pourraient s'y rapporter.
pp.23-25 Champ magnétique dans la matière : comprendre l'origine et les effets du diamagnétisme, du
paramagnétisme et du ferromagnétisme, des questions d'exercice pourraient s'y rapporter.
p.26 Le moteur à courant continu : comprendre le principe de fonctionnement (en particulier, le rôle du
noyau ferromagnétique de la bobine).
pp.27-36 Forme locale de la loi d'Ampère : comprendre les développements, pouvoir manipuler un
minimum la notion de rotationnel (interprétation du rotationnel, cf. questions d'exercice).
p.37 Théorème des opérateurs vectoriels: connaître et comprendre la formulation des théorèmes de
Stokes, Ostrogradski et du gradient.
pp.39-40 Divergence du champ magnétique : comprendre les développements montrant que la divergence
du champ magnétique est toujours nulle.
p.43 La dynamo de Faraday : comprendre le principe de fonctionnement (en particulier, l'origine du
travail mécanique nécessaire à la génération d'une force électromotrice).
pp.44-46 L'induction électromagnétique : comprendre et connaître la définition du champ électrique "induit"
et de la force électromotrice "induite".
pp.47-51 Spires et induction EM : comprendre l'expression de la force électromotrice aux bornes d'une
spires dans un champ magnétique et, en particulier, la formulation de la loi d'induction de
Faraday impliquant le flux magnétique (comprendre les développements des pages 49-50, mais
pas d'obligation pour ce qui se rapporte aux champs variables au bas de la page 50).
p.52 Forme locale de la loi d'induction de Faraday : à connaître et comprendre.
p.53 Loi de Lenz : à connaître et comprendre, en particulier, pour expliquer le diamagnétisme (la
variation des courants microscopiques s'oppose à la variation du champ magnétique extérieur ce
qui correspond à une force de répulsion à l'approche d'un aimant).
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p.56 Loi d'auto-induction d'Henry : connaître et comprendre cette loi qui donne la force électromotrice
induite aux bornes d'un fil conducteur lorsqu'une variation de courant s'y produit. Connaître, en
particulier, la définition de l'inductance d'un conducteur.
pp.57-58 Circuit RL : comprendre les propriétés du circuit RL, loi exponentielle et énergie stockée.
pp.59-61 Le transformateur : sur base du lien entre la tension et le courant dans un inducteur pur (pas de
résistance), comprendre le principe de fonctionnement du transformateur (cf. questions
d'exercice).
pp.62-66 Courants alternatifs : comprendre le raisonnement montrant pourquoi le transport du courant se
fait à haute tension en pratique (cf. questions d'exercice). Comprendre la description du
comportement des résistances, condensateurs et inducteurs en courant alternatif (définitions des
valeurs efficaces, déphasages, retards, réactances et phénomènes de filtrage)
pp.67-70 Conjecture de Maxwell : compréhension et restitution du développement menant à l'équation de
continuité sur base de l'expression microscopique de la densité de courant (p.68). Comprendre la
conjecture de Maxwell : introduction de la notion de courant de déplacement (dont l'expression
est à connaître). Comprendre le calcul de la page 70 (cf. questions d'exercice).
p.71 Equations de Maxwell : elles sont à connaître par cœur (formes intégrale et locale)
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