exos oraux banque PT 2002-2014

EXERCICES D’ORAUX
Exercice 1 : CCP 2002 (Jean-Baptiste LESAVRE)
Un moteur irréversible prend de la chaleur à un corps de masse m, à la température initiale T1i et de
capacité calorifique massique c, et dégage de la chaleur à un corps de masse m, de capacité calorifique massique
c, initialement à la température T2i. Le moteur s’arrête quand T1f = T2f = Tf.
1) Encadrer Tf.
2) Quel est le travail maximum récupérable.
3) Application numérique avec T1i = 373 K et T2i = 273 K.
Exercice 2 : ENSAIT 2002 (Jean-Baptiste LESAVRE)
Un récipient aux parois adiabatiques contient un gaz parfait. Un piston adiabatique le sépare en deux
compartiments A et B. En A, une résistance R chauffe pendant t = 10 minutes par une tension U = 50 V.
Initialement, PA = 1 bar ; TA = TB = 300 K ; VA = VB = 10 L.
Dans l’état final, P’A = 1,2 bar.
1) Déterminer P’B, V’B, V’A, T’B et T’A.
2) Déterminer UA, UB, SA, SB, WA, WB, QB.
3) Exprimer QA en fonction des données (U, R, t).
4) En déduire la valeur de la résistance R.
Le gaz est supposé parfait et diatomique :  = 1,4.
Exercice 3 : oral II 2003 (Aline DAUJEAN)
1) Les ondes stationnaires
2) Cinétique chimique :
A + E = AE  B + E
Les constantes de vitesse sont k1, k-1 et k2.
E catalyseur
Réactions élémentaires
1) Exprimer
dt
AEd
en fonction de [A], [E], [AE].
2) On considère [AE]  constante. Exprimer [AE] en fonction de KM =
1
21kk k 
et de [A] et [E].
3) Exprimer v = -
dt
Ad
en fonction de [A] et [E].
Exercice 4 : CCP 2003 (Alexis GREFFET)
On considère un point matériel M de masse m,
placé dans le champ de pesanteur terrestre. Cette masse est
reliée à un ressort de constante de raideur k, de longueur à
vide l0. Ce ressort est placé sur une tige faisant un angle 
avec la verticale (axe (Oz) vertical vers le haut). L'extrémité
de la tige tourne autour de l'axe (Oz) à la vitesse angulaire
 = constante.
1) Trouver la relation liant , , k, m, l0 et g pour que M
décrive des oscillations. Période des oscillations ?
2) Montrer que les forces d’inertie d’entraînement sont
conservatives. Calculer l’énergie potentielle dont elles
dérivent.
3) Retrouver le résultat du 1) par une méthode énergétique.

Exercice 5 : Polytech Orléans 2003 (François GIRARDIN)
1) Bobines de Helmholtz :
- champ magnétique sur l’axe à une distance x du centre d’une bobine (n spires, courant I).
- graphe de B(x) ; points d’inflexion.
- 2 bobines distantes de R, parcourue par le même courant, étude du champ entre les deux : développement
limité à l’ordre 2 du champ au milieu des bobines.
2) Thermodynamique :
On considère une mole de gaz parfait monoatomique,  = 5/3 indépendant de T. Initialement, T0 =
273,15 K, P0 = 1 atm. On envisage une compression isotherme jusqu’à P1 = 10 atm, puis une détente adiabatique
réversible jusqu’à P0. Calculer la température finale TF et la variation d’entropie. Que se passe-t-il si l’on
effectue n fois ces transformations (recherche de Tn et de Sn).
Exercice 6 : Oral groupe II 2003 (François GIRARDIN)
1) Chimie : Diagramme d’Ellingham pour le Germanium
2) Electrostatique : on considère une sphère conductrice, de rayon R, centrée en O, chargée + Q.
 Où se trouvent les charges ?
 Justifier que  est uniforme.
 Calculer le champ électrique et le potentiel créé par cette distribution.
 On pose un petit disque (masse m, rayon r) sur le haut de la sphère, puis on augmente V jusqu’à V1 où
le disque décolle. Calculer V1.
 On passe brutalement de V < V1 à W > V1. Que se passe-t-il ? Etude des positions d’équilibre.
Exercice 7 : CCP 2004 (Romain ROUSSEL)
1) Chimie : Vitesse et ordre d’une réaction chimique
2) Electronique :
A t = 0, on ferme l’interrupteur K, le condensateur
étant préalablement déchargé.
a) Déterminer sans calcul les valeurs de VC (t =
0+) et de
dt
dVC
(t = 0+).
b) Tracer VC (t) dans différents cas (sans calcul, de
manière analytique).
c) On pose désormais E = E0 cos t.
 calcul de la fonction de transfert
 tracé du diagramme de Bode
 calcul du maximum (cas du dépassement)
Commentaires : Faute de temps, la question de cours de chimie n’a pas été abordée. Ce n’est pas catastrophique
car la note est de 13 / 20. Pour l’exercice d’électronique, un parallèle a été fait par le jury avec les
asservissements en SI et aussi avec les amortisseurs de voiture (questions annexes …). Volonté de faire le moins
de calcul possible.
Exercice 8 : CCP 2004 (Justine VIDAL)
1) Electromagnétisme : On considère deux plans infinis situés en y = a et y = - a, entre lesquels on a des
courants volumiques constants
z
e j j 
. Déterminer le champ magnétique et le potentiel vecteur en tout point de
l’espace (on suppose que le potentiel vecteur a les propriétés de symétrie d’un vecteur polaire).

2) Chimie : C4H4S + 4 H2 = C4H10 + H2S
Tous les constituants sont gazeux à la température considérée, où la constante d’équilibre vaut K = 7.
La pression partielle initiale en C4H4S est 0,1 bar.
La réaction (qui se fait à température et volume constants) consomme 99,9 % de C4H4S. Quelle est la pression
partielle initiale en dihydrogène, ainsi que la pression partielle finale en dihydrogène ?
Exercice 9 : CCP 2004 (Xavier PIERROT)
1) Optique :
1) Faire un schéma de l’interféromètre de Michelson en lame d’air et commenter les réglages (compensatrice, vis
de réglage, …).
 où observe-t-on les franges ?
 qu’observe-t-on ?
 qu’observe-t-on si on recule l’écran ?
2) On est initialement au contact optique (e = 0). Qu’observe-t-on ? On translate l’un des miroirs : qu’observe-t-
on ? Commenter le déplacement des franges.
2) Electrostatique : condensateurs
1) Condensateur plan : deux plaques carrées de côté a et distantes de e. En x = 0, V = 0 (plaque reliée à la
masse), et en x = e, V = V0.
1) Si on néglige les effets de bord, calculer le champ électrique.
2) Calculer la capacité C du condensateur. Vérifier l’homogénéité du résultat. Influence des différents
paramètres.
2) Condensateur diédrique :
1) Calculer la capacité du condensateur.
2) Faire des commentaires sur la réalisation d’un
tel condensateur si a1 = 0.
Exercice 10 : CCP 2005 (Romain GRAGEZ)
Exercice de diffusion thermique :
On considère une barre de section S, de longueur l, dont les deux extrémités sont maintenues à des températures
constantes T1 et T2. On considère que le problème est unidimensionnel (la température est la même en tout point
d’une même section droite). On se place en régime établi (mot employé dans le sujet pour « permanent »). De
plus, la surface latérale de la tige échange avec l’air à une température T0, une puissance par unité de surface
égale à h (T(x) – T0). Donner la répartition de température T(x).
Commentaire : l’étudiant a commencé l’analyse par un bilan de chaleur (Qe = Qs + Qlat). Le jury s’est
immédiatement fâché. Le début était donc « délicat ». Il fallait bien sûr partir du premier principe.
Exercice 11 : oral groupe 2 2005 (Nicolas CHAPOT)
Une lampe au néon est un dipôle de résistance infinie quand la lampe est éteinte et de résistance r quand elle est
allumée. La lampe s’allume quand la tension à ses bornes devient supérieure à la valeur Ea dite tension
d’allumage. Elle s’éteint quand la tension à ses bornes devient inférieure à la valeur Ee dite tension d’extinction.
On place cette lampe au néon dans le circuit suivant :

A l’instant t = 0, on ferme l’interrupteur K et on suppose que le condensateur est déchargé.
1) Etablir l’équation différentielle vérifiée par la tension u aux bornes de la lampe au néon, avant l’éventuel
allumage.
2) Donner l’expression de u en fonction du temps.
3) La lampe au néon peut-elle s’allumer ? On exprimera la condition nécessaire de l’allumage.
4) Si la lampe au néon ne s’allume pas, tracer l’allure de u en fonction du temps.
5) Si la lampe s’allume, donner l’expression de l’instant t0 où a lieu cet allumage.
6) Ecrire alors l’équation différentielle vérifiée par u après l’allumage.
7) Déterminer l’expression de u pour t  t0.
8) Le néon peut-il s’éteindre ? On discutera les différentes situations envisageables selon les valeurs relatives de
Ea, Ee et d’une tension dont on donnera l’expression.
9) Dans le ou les cas où la lampe reste allumée, tracer l’allure de u.
10) Si elle s’éteint, déterminer l’instant t1 où se produit ce phénomène.
11) Montrer qu’alors la tension u devient périodique.
12) Donner l’expression de la période en fonction de E, Ea, Ee, r, R et C.
Commentaires :
- Compte-rendu de l’étudiant : « L’examinateur m’a très largement déstabilisé dès le début en me disant que
d’écrire l’emplacement de +Q et de –Q sur le condensateur, et des courants, était une vieille méthode, et qu’il
n’aimait pas ça. Bref, du coup, il m’a pris mes brouillons… autrement dit, j’ai dû recommencer l’exercice avec
une autre méthode. Finalement, tout s’est bien passé. Toute la difficulté de l’exercice était de savoir le
commencer puisque toute la suite n’était que la résolution de trois équations différentielles. L’examinateur m’a
également demandé la définition de régime transitoire et de régime permanent, d’un portrait de phase et de
représenter le portrait de phase pour u. »
- L’énoncé n’était pas tant détaillé : l’introduction était la même mais les questions beaucoup moins
développées : « Discuter de l’état du néon en fonction de la valeur de E, donner l’expression de u(t) et tracer
u(t). »
Exercice 12 : CCP 2006 (Anthony MARCHETTO)
Partie 1 : Induction électromagnétique
On considère une barre métallique qui glisse sans
frottement sur deux rails conducteurs. L’ensemble est
placé dans un champ magnétique uniforme et
permanent. Une masse M est accrochée à la barre. On
libère la masse à t = 0, la vitesse de la barre étant alors
nulle.
1) Donner l’équation du mouvement de la barre.
2) Quels sont les régimes possibles pour la barre.
« Il y avait deux questions supplémentaires dont je ne me souviens pas et que je n’ai pas eu le temps de traiter. »
« L’examinateur m’a aussi posé des questions comme : prouvez-moi que la force exercée par la masse sur le fil
est la même que celle exercée par le fil sur la barre. Quelles hypothèses faut-il formuler pour que cela soit
vrai ? »
Partie 2 : Thermochimie
Dans cet exercice, le volume occupé par le solide est négligeable devant le volume occupé par le gaz. Les gaz
sont considérés comme parfaits.
On considère la réaction suivante :
C(s) + CO2(g) = 2 CO(g) rH°1
Données : fH°(CO2(g)) = - 395 kJ.mol-1
fH°(CO(g)) = - 112 kJ.mol-1
1) Calculer rH°1.
2) A T = 680 K, la constante d’équilibre de la réaction vaut K = 9,5.10-5. Calculer la constante d’équilibre
de la réaction à T = 980 K, en supposant rH°1 indépendant de T.
3) La réaction se passe dans un réacteur fermé de volume V = 300 L et à la température T = 980 K. On
appelle x la fraction molaire en monoxyde de carbone dans la phase gazeuse. Exprimer la pression P
dans le réservoir en fonction de x.

Exercice 13 : ENS Cachan 2006 (Thibault GAYRAL)
• Thermodynamique : On considère un gaz parfait décrivant le cycle thermodynamique ci-dessous.
P B C
D
A
V
AB et CD sont des adiabatiques réversibles.
Exprimer le rendement en fonction de TA, TB, TC, TD.
• Optique : Enoncer le principe de Huygens-Fresnel. Proposer une application.
Exercice 14 : ENSAIT 2006 (Emeric HENRI)
« Je n’ai pas retenu le sujet précisément car il était assez long et comportait de nombreuses données. Par contre,
je peux vous dire que je suis tombé sur un exercice de thermodynamique et un exercice de magnéto-mécanique.
Globalement, le prof cherchait plus à juger notre compréhension, notre rapidité d’esprit, notre esprit critique et
analytique plutôt que de nous juger sur les calculs que l’on peut faire.
En thermodynamique, l’exercice était assez simple, mais le prof m’a demandé de redémontrer pas mal de
formules.
En magnéto-mécanique, il s’agissait de l’étude d’un système décrit de la manière suivante si je me souviens
bien :
On attache à deux ressorts une barre métallique de longueur l et de masse m (je ne sais plus s’il y avait un
champ électrique dans cette barre), l’ensemble étant soumis à un champ magnétique. Il fallait expliquer ce qui
se passait, faire un bilan des actions mécaniques, en prenant en compte les actions de Laplace, trouver
l’équation électrique, l’équation mécanique et résoudre …
Désolé pour le manque de clarté sur ces épreuves mais je n’ai pas retenu l’ensemble du sujet, le prof cherchant
surtout à juger ma culture générale en physique, me posant pas mal de questions annexes aux problèmes. »
Vous comprendrez qu’il m’est donc difficile de vous proposer un énoncé pour cette épreuve … ! D’où
l’importance d’être le plus fidèle possible à votre sujet en me l’envoyant par mail.
Exercice 15 : CCP 2006 (Emeric HENRI)
1) Donner u, q, iR, iL, iC et i à t = 0-, t = 0+ et quand t tend vers l’infini. Système d’équations régissant les
intensités. (infaisable car le circuit électrique ne m’a pas été transmis, d’où l’importance d’être le plus
fidèle possible à l’énoncé qui vous est fourni !)
2) Cours : Réflexion d’une OPPM en incidence normale sur un conducteur parfait. Ondes stationnaires.
« La prof posait des questions très régulièrement, ce qui ressemblait assez à un dialogue. Elle me demandait de
justifier toutes mes réponses comme la continuité de la charge dans un condensateur, ou de l’intensité dans une
bobine (elle m’a pour cela demandé ce qui était continu en physique de manière générale, la réponse étant
l’énergie) etc. Elle m’a posé des questions annexes ou complémentaires : elle m’a par exemple demandé
pourquoi on pouvait considérer le condensateur comme déchargé dans le circuit à l’instant initial …
Pour la question de cours, elle attendait un schéma, l’expression du champ électrique pour une OPPM, pour
l’onde résultante (onde incidente + onde réfléchie), et la définition d’une onde stationnaire. »