Mercredi 4 juin 2014

Q1. Tracer le diagramme des phases (P,v) puis (P,h) d’un corps pur (on se limitera aux phases liquide et vapeur). Tracer quelques isothermes et justifier leur allure.

Q2. Expliquer comment déterminer graphiquement la composition d’un système diphasé liquide-vapeur à partir de son point représentatif dans le diagramme (P,v) ou (P,h) (on ne demande pas de démonstration).

Q3. Expliquer la problématique du stockage des fluides, du point de vue de la sécurité.

Q4. Rappeler l’expression du premier principe pour un fluide en écoulement stationnaire dans un organe de machine comprenant une entrée et une sortie (on ne demande pas de démonstration). Définir clairement chaque terme.

Q5. Dessiner l’allure des lignes de champ (orientées) générées par un aimant droit, par un aimant en U, par une boucle de courant, par une bobine longue. Que vaut la norme du champ magnétique à l’intérieur d’une bobine longue considérée comme “infinie” ?

Q6. Définir (complètement) le moment magnétique associé à une boucle de courant. A quel(s) autre(s) objet(s) peut-on associer un moment magnétique, par analogie ?

Q7. Donner l’expression de la force élémentaire de Laplace sur un élément de fil conducteur. Montrer que la résultante des forces de Laplace sur un circuit indéformable est toujours nulle.

Q8. Quelle est l’expression du couple de Laplace que subit un circuit mobile en rotation dans un champ magnétique uniforme ?
Le démontrer dans le cas particulier d’une spire rectangulaire en rotation.

Q9. Expliquer comment faire pour produire un champ magnétique tournant. Quelle application peut-on en faire ?

Q10. Définir le flux magnétique à travers une surface. Dessiner deux situations correspondant à un flux positif, et à un flux négatif.

Q11. Enoncer la loi de Faraday.

Q12. Qu’appelle-t-on “inductance propre” d’un circuit électrique ? Calculer l’inductance propre d’une bobine “infinie”.
(on le fera en cours mardi)

THERMODYNAMIQUE

Corps pur diphasé en équilibre. Diagramme de phases (P,T). Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), titre en vapeur.
– Analyser un diagramme de phase expérimental (P,v).
– Proposer un jeu de variables d’état suffisant pour caractériser l’état d’équilibre d’un corps pur diphasé soumis aux seules forces de pression.
– Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
– Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
– Expliquer la problématique du stockage des fluides.

Equilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte.
– Utiliser la notion de pression partielle pour adapter les connaissances sur l’équilibre liquide-vapeur d’un corps pur au cas de l’évaporation en présence d’une atmosphère inerte.

Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie de fusion, enthalpie de vaporisation, enthalpie de sublimation.
– Exploiter l’extensivité de l’enthalpie et réaliser des bilans énergétiques en prenant en compte des transitions de phases.

Deuxième principe : bilan d’entropie. Cas particulier d’une transition de phase.
– Connaître et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase : Δh₁₂(T) = TΔs₁₂

Exemples d’études de machines thermodynamiques réelles à l’aide de diagrammes (P,h).
– Utiliser le 1er principe dans un écoulement stationnaire sous la forme h₂ – h₁ = w_u + q, pour étudier une machine thermique.

MAGNETISME ET INDUCTION

Sources de champ magnétique ; cartes de champ magnétique.
– Exploiter une représentation graphique d’un champ vectoriel, identifier les zones de champ uniforme, de champ faible, et l’emplacement des sources.
– Connaître l’allure des cartes de champs magnétiques pour un aimant droit, une spire circulaire et une bobine longue.
– Décrire un dispositif permettant de réaliser un champ magnétique quasi uniforme.
– Connaître des ordres de grandeur de champs magnétiques : au voisinage d’aimants, dans un appareil d’IRM, dans le cas du champ magnétique terrestre.

Lien entre le champ magnétique et l’intensité du courant.

– Évaluer l’ordre de grandeur d’un champ magnétique à partir d’expressions fournies.
– Orienter le champ magnétique créé par une bobine « infinie » et connaître son expression.

Moment magnétique.
– Définir le moment magnétique associé à une boucle de courant plane.
– Par analogie avec une boucle de courant, associer à un aimant un moment magnétique. 
– Connaître un ordre de grandeur du moment magnétique associé à un aimant usuel.

Densité linéique de la force de Laplace dans le cas d’un élément de courant filiforme.
– Différencier le champ magnétique extérieur subi du champ magnétique propre créé par le courant filiforme.

Résultante et puissance des forces de Laplace  s’exerçant sur une barre conductrice en translation rectiligne sur deux rails parallèles (rails de Laplace) dans un champ magnétique extérieur uniforme, stationnaire et orthogonal à la barre.
– Établir et connaître l’expression de la résultante des forces de Laplace dans le cas d’une barre conductrice placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire.
– Évaluer la puissance des forces de Laplace.

Couple et puissance des actions mécaniques de Laplace dans le cas d’une spire rectangulaire, parcourue par un courant, en rotation autour d’un axe de symétrie de la spire passant par les deux milieux de côtés opposés et placée dans un champ magnétique extérieur uniforme et stationnaire orthogonal à l’axe.
– Établir et connaître l’expression du moment du couple subi en fonction du champ magnétique extérieur et du moment magnétique de la spire rectangulaire. 

Action d’un champ magnétique extérieur uniforme sur un aimant.  Positions d’équilibre et stabilité.

Effet moteur d’un champ magnétique tournant.