Du 10/10 au 14/10/2022 – La Physique en PCSI

Cette semaine, les colles de Physique seront consacrées à l’électrocinétique des circuits linéaires :

en régime permanent constant (chapitre B1),
ou du premier ordre en régime transitoire (chapitre B2).

Comme chaque semaine, on commence par une question de cours choisie par l’interrogateur dans la liste ci-dessous, puis on enchaîne sur un ou plusieurs exercices. Le cours doit être su parfaitement.

Les deux premières questions de cours portent encore sur l’optique, mais en exercices on ne posera plus que de l’électrocinétique.

Dans les exercices, on privilégiera au maximum quand c’est possible les techniques de résolution astucieuses (association de résistances, pont diviseurs de tension ou de courant…), plutôt que de se lancer dans de laborieux systèmes d’équations à $n$ inconnues avec les seules lois des mailles, des noeuds, et les relations intensité-tension.

Note pour les interrogateurs : ne sont pas au programme :

les notions de générateur de Thévenin et de générateur de Norton, ainsi que les équivalences Thévenin-Norton,
le théorème de Millman,
le théorème de superposition.

Questions de cours
Compétences exigibles en exercices

• Avec quoi peut-on modéliser simplement un appareil photo ?
• Que fait-on varier lorsque l’on fait la « mise au point » ?
• De quels paramètres dépend la profondeur de champ ?

• Avec quoi peut-on modéliser simplement un oeil ?
• Que fait-on varier lorsque l’oeil « accomode » ?
• Que vaut approximation la limite de résolution angulaire de l’oeil humain ?
• Qu’est-ce que la myopie ? L’hypermétropie ?

Expliquer en quoi consiste l’approximation des régimes quasi-stationnaires, et dans quels cas cette approximation est valable.

• Dessiner au tableau :
– une résistance en convention générateur/récepteur*,
– un condensateur en convention générateur/récepteur*,
– une bobine en convention générateur/récepteur*.
• Dans chaque cas, indiquer la relation intensité-tension associée.
(*au choix de l’interrogateur)

• En régime permanent constant, à quoi un condensateur est-il équivalent, du point de vue électrique ? Expliquer pourquoi.
• En régime permanent constant, à quoi une bobine est-elle équivalente, du point de vue électrique ? Expliquer pourquoi.

• Que vaut la tension aux bornes d’un fil ?
• Que vaut l’intensité à travers un fil ?
• Que vaut la tension aux bornes d’un interrupteur ouvert ?
• Que vaut l’intensité à travers un interrupteur ouvert ?

• Quand peut-on dire que deux dipôles sont « en série » ? « en parallèle » (ou « en dérivation ») ?
• Dans chaque cas, quelle conséquence peut-on en tirer quant aux signaux électriques (intensité ou tension) ?

• Donner l’expression $R_{eq}$ de la résistance équivalente à deux résistances $R_{1}$ et $R_{2}$ en série.
• Démonstration.

• Donner l’expression $R_{eq}$ de la résistance équivalente à deux résistances $R_{1}$ et $R_{2}$ en parallèle.
• Démonstration.

• Donner la configuration du pont diviseur de tension et l’expression des tensions associées.
• Démonstration.

• Donner la configuration du pont diviseur de courant et l’expression des intensités associées.
• Démonstration.

• Soit un dipôle en convention récepteur. Que vaut la puissance reçue par le dipôle ? Que vaut la puissance fournie par le dipôle ?
• Soit un dipôle en convention générateur. Que vaut la puissance reçue par le dipôle ? Que vaut la puissance fournie par le dipôle ?

• Rappeler l’expression de l’énergie stockée dans un condensateur.
• La démontrer.

• Rappeler l’expression de l’énergie stockée dans une bobine.
• La démontrer.

• Pour un condensateur, quel signal électrique ne peut pas être discontinu ? Expliquer pourquoi.
• Pour une bobine, quel signal électrique ne peut pas être discontinu ? Expliquer pourquoi.

Savoir que la charge électrique est quantifiée.
Exprimer l’intensité du courant électrique en termes de débit de charge.
Exprimer la condition d’application de l’ARQS en fonction de la taille du circuit et de la fréquence.
Relier la loi des nœuds au postulat de la conservation de la charge.
Utiliser la loi des mailles.
Algébriser les grandeurs électriques et utiliser les conventions récepteur et générateur.
Citer les ordres de grandeur des intensités et des tensions dans différents domaines d’application.
Utiliser les relations entre l’intensité et la tension pour les dipôles R, L, et C.
Citer les ordres de grandeurs des composants R, L et C.
Modéliser une source non idéale en utilisant la représentation de Thévenin. (Note pour les interrogateurs : le modèle de Norton, et l’équivalence Thévenin-Norton, ne sont plus au programme.)
Remplacer une association série ou parallèle de deux résistances par une résistance équivalente.
Établir et exploiter les relations de diviseurs de tension ou de courant. (Note pour les interrogateurs : les capacités ou inductances équivalentes à l’association série ou parallèle de condensateurs ou de bobines n’est plus un résultat de cours exigible.)
Distinguer, sur un relevé expérimental, régime transitoire et régime permanent au cours de l’évolution d’un système du premier ordre soumis à un échelon.
Interpréter et utiliser les continuités de la tension aux bornes d’un condensateur ou de l’intensité dans une bobine.
Établir l’équation différentielle du premier ordre vérifiée par une grandeur électrique dans un circuit comportant une ou deux mailles.
Déterminer analytiquement la réponse temporelle dans le cas d’un régime libre ou d’un échelon.
Déterminer un ordre de grandeur de la durée du régime transitoire.
Stockage et dissipation d’énergie : réaliser des bilans énergétiques.