B ] Fabrication de pièces de monnaie.
Répondre à chaque série d’affirmations suivantes, en justifiant la réponse brièvement
(définitions, calculs, exemples ou contre-exemples, …).
1. Dans l'industrie monétaire, on cuivre une rondelle d'acier, appelée « flan », pour obtenir certaines pièces de
monnaie comme les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'euros.
Après avoir subi plusieurs dégraissages chimiques et électrolytiques, suivis de différents rinçages, le cuivrage du
« flan » s'effectue par électrolyse d'une solution de nitrate de cuivre(II) ( Cu2+
(aq) + 2 NO3
–
(aq) ).
1.1. L’électrolyse est-elle une transformation chimique forcée ou une transformation chimique spontanée ?
1.2. La demi-équation électronique modélisant la réaction qui a lieu au niveau de la rondelle métallique s’écrit-elle :
Cu (s) = Cu2+
(aq) + 2 e– ou : Cu2+
(aq) + 2 e– = Cu (s) ?
1.3. Cette rondelle est-elle reliée à la borne + du générateur de tension continue, ou à sa borne – ?
1.4. Ce « flan » constitue-t-il l'anode de l'électrolyseur ou la cathode de l'électrolyseur ?
2. En fait, le cuivrage s'effectue, à 60,0 °C, sur un tonneau dans lequel peut se trouver 80,0 kg de rondelles d'acier,
soit environ 18 000 rondelles. Pour une rondelle, la surface totale (les deux faces incluses !) à cuivrer est d'environ 9,20 cm2
et on souhaite que l'épaisseur du dépôt soit d'au moins 25,0 µm.
On donne : masse volumique du cuivre : ρ
ρρ
ρCu = 8 960 kg.m-3 ; masses molaires atomiques :
Cu = 63,5 ; O = 16,0 ; N = 14,0 g.mol-1 ; charge d'une mole d'électrons : 1 F = 96,5 kC.
2.1. La masse de cuivre à déposer sur une rondelle d'acier est-elle de : 20,6 g, 2,06.10-3 kg ou 206 mg ?
2.2. Pour le lot de 80,0 kg, faut-il une quantité de cuivre d'environ : 3,71.102 kg, 3,71 kg ou 16,5 g ?
2.3. L’intensité du courant est constante et égale à 1,20 kA. La durée de l'opération est-elle alors d'environ :
15 700 min, 157 min ou 41,8 s ?
II ] PHYSIQUE : sur 5,5 points.
MESURES DE LA RÉSIST
MESURES DE LA RÉSISTMESURES DE LA RÉSIST
MESURES DE LA RÉSISTANCE D’UNE BOBINE
ANCE D’UNE BOBINEANCE D’UNE BOBINE
ANCE D’UNE BOBINE
Dans tout l’exercice, on tiendra compte de la précision des données afin d’exprimer les résultats numériques en
accord avec cette précision.
Un étudiant, curieux, veut vérifier la valeur de la résistance r d’une bobine
réelle d’inductance : L = 250 mH, modélisée sous forme d’un dipôle (r, L) en
série. Il dispose de tout le matériel souhaitable et procède à plusieurs essais.
A ] Essai en régime permanent.
Pour mesurer la valeur de r, l’étudiant réalise un circuit comportant un
générateur de tension continue idéal, de f.e.m. : E = 6,0 V et de résistance
interne négligeable, un ampèremètre numérique, un voltmètre numérique à placer aux bornes de la bobine, des fils de
connexion et la bobine à étudier.
1. Dessiner le schéma du circuit. Faire figurer la tension Ug = E = (tension aux bornes du générateur) ainsi que la
tension Ub = (tension aux bornes de la bobine). On négligera la tension aux bornes de l’ampèremètre.
2. Les mesures des appareils donnent : Ub = 5,95 V et : Ib = 410 mA. En déduire la valeur numérique r1 de la
résistance de la bobine dans ce cas particulier. Justifier votre
démarche.
B ] Essai en régime transitoire.
L’étudiant modifie le montage précédent en ajoutant un résistor
de résistance : R’ = 10,0 Ω et un interrupteur K en série. Il remplace les
appareils de mesure par un système d’acquisition informatisé qui lui
donne les variations de i (t) obtenues à la fermeture de l’interrupteur
(voir Figure ci-contre). La tension aux bornes du générateur reste fixe et
égale à 6,0 V.
1. Quel est alors le phénomène observé dans le circuit ?
.../
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i
r
ub
L