Du 16/10 au 20/10/2023 – La Physique en PCSI

Cette semaine, les colles de Physique seront consacrées à l’électrocinétique des circuits linéaires en régime permanent constant. Il reste encore quelques questions de cours qui portent sur l’optique, mais ce domaine ne sera plus évalué en exercices désormais.

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) exercice(s).

Dans les exercices d’électrocinétique, on privilégiera au maximum 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 :
– Le « générateur de Norton », ainsi que les équivalences Thévenin-Norton, ne sont pas au programme.
– La notion de caractéristique d’un dipôle, ainsi que de point de fonctionnement d’un circuit, ne sont désormais abordés qu’expérimentalement uniquement (en TP).
– Nous n’avons pas encore abordé les notions de « résistances de sortie » et de « résistance d’entrée », nous le verrons plus tard dans l’année. Ces notions ne sont donc pas exigibles en colles pour l’insant.

Questions de cours
Compétences exigibles en exercices

Déterminer la distance focale (ou la vergence) de la lentille équivalente à un doublet de deux lentilles accolées l’une contre l’autre.
(C’est un exercice du TD.)

• Comment modéliser un œil sur un banc d’optique ?
• Donner l’ordre de grandeur de la limite de résolution angulaire de l’œil.
• Expliquer brièvement le phénomène d’accommodation.
• Qu’est-ce que la myopie et l’hypermétropie ?
• Comment peut-on corriger ces deux défauts de l’œil ?

• Avec quoi peut-on modéliser simplement un appareil photo ?
• Que fait-on varier lorsque l’on fait la « mise au point » ?
• Qu’appelle-t-on la profondeur de champ ? De quels paramètres dépend-elle ?

Expliquer en quoi consiste l’approximation des régimes quasi-stationnaires. Dans quel cas cette approximation est-elle valable ? Que permet-elle de faire ?

• Dessiner au tableau :
– une résistance en convention générateur puis en convention récepteur,
– un condensateur en convention générateur puis en convention récepteur,
– une bobine en convention générateur puis en convention récepteur.
• Dans chaque cas, indiquer la relation intensité-tension associée.

• 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.

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

• Dessiner la configuration du pont diviseur de courant, et donner 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 ?

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

• Donner 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.

Charge électrique, intensité du courant. Potentiel, référence de potentiel, tension. Puissance.

Justifier que l’utilisation de grandeurs électriques continues est compatible avec la quantification de la charge électrique.
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.

Dipôles : résistances, condensateurs, bobines, sources décrites par un modèle linéaire.

Utiliser les relations entre l’intensité et la tension. Citer des ordres de grandeurs des composants R, L, C.
Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance.
Exprimer l’énergie stockée dans un condensateur ou une bobine.
Modéliser une source en utilisant la représentation de Thévenin. (Note pour les interrogateurs : le modèle de Norton, et l’équivalence Thévenin-Norton, ne sont plus au programme depuis 2013.)

Association de deux résistances.

Remplacer une association série ou parallèle de deux résistances par une résistance équivalente. (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 depuis 2013.)
Établir et exploiter les relations des diviseurs de tension ou de courant.