Exetat Physique 2024_Pédagogie

1.Une force appliquée à une masse libre de 300 Kg lui donne une accélération de \( 0,4 \, m/s^2 \).
La valeur de cette force vaut :

Réponse correcte : e. \( 120 \, N \)

Explication détaillée :

1. Analyse des données :
- Masse de l'objet : \( m = 300 \, kg \)
- Accélération produite : \( a = 0,4 \, m/s^2 \)

2. Principe fondamental de la dynamique (Deuxième loi de Newton) :
La force \( F \) résultante appliquée à un corps est égale au produit de sa
masse \( m \) par son accélération \( a \) :
\[ F = m \cdot a \]

3. Calcul numérique :
\[ F = 300 \times 0,4 \]
\[ F = 30 \times 4 \]
\[ F = 120 \, N \]

Conclusion :
La valeur de la force appliquée est de \( 120 \, Newtons \).
Cela correspond à l'assertion e.

2. Un courant de 2 A a traversé pendant 1 minute un conducteur dont la résistance est de \( 10\Omega \). La quantité d'électricité qui a traversé le conducteur vaut :

Réponse correcte : b. \( 120 \, c \)

Explication détaillée :

1. Analyse des données :
- Intensité du courant : \( I = 2 \, A \)
- Temps : \( t = 1 \, \text{minute} = 60 \, \text{secondes} \)
- Résistance (donnée superflue pour ce calcul) : \( R = 10 \, \Omega \)

2. Formule de la quantité d'électricité (charge électrique) :
La quantité d'électricité \( Q \) qui traverse une section de conducteur est
le produit de l'intensité du courant \( I \) par la durée du passage \( t \) :
\[ Q = I \cdot t \]

3. Calcul numérique :
Utilisons les unités du Système International (Ampères et Secondes) :
\[ Q = 2 \, A \times 60 \, s \]
\[ Q = 120 \, C \text{ (Coulombs)} \]

Note : La résistance \( 10 \, \Omega \) est fournie par l'énoncé mais n'est pas
nécessaire pour déterminer la charge \( Q \). Elle permettrait de calculer
la tension \( U \) ou l'énergie dissipée, mais pas la quantité d'électricité.

Conclusion :
La quantité d'électricité est de 120 Coulombs. Cela correspond à l'assertion b.

3. Un générateur de f.é.m. 180 V et dont la résistance interne est de 4 \Omega, débite un courant de 3 A. La tension à ses bornes vaut :

Réponse correcte : d. 168 V

Explication détaillée :

1. Analyse des données :
- Force électromotrice (f.é.m.) : $E = 180 \, V$
- Résistance interne : $r = 4 \, \Omega$
- Intensité du courant débité : $I = 3 \, A$

2. Formule de la tension aux bornes d'un générateur :
La tension $U$ (ou différence de potentiel) aux bornes d'un générateur en
fonctionnement est égale à sa f.é.m. diminuée de la chute de tension
interne due à sa propre résistance. La formule est :
$$U = E - (r \cdot I)$$

3. Calcul numérique :
Calculons d'abord la chute de tension interne ($U_{interne}$) :
$$U_{interne} = 4 \, \Omega \times 3 \, A = 12 \, V$$

Soustrayons cette valeur de la f.é.m. :
$$U = 180 \, V - 12 \, V$$
$$U = 168 \, V$$

Conclusion :
La tension effective aux bornes du générateur lorsqu'il débite 3 A est de 168 V.
Cela correspond à l'assertion d.

4. Une bobine plate rectangulaire dont les côtés mesurent 10 et 20 cm, comprend 200 spires. Elle se trouve dans un champ magnétique dont l'induction est de 2 T. Le flux vaut :

Réponse correcte : a. \( 0,04 \, wb \)

Explication détaillée :

1. Analyse des données de l'image :
- Côtés du rectangle : \( l = 20 \, cm = 0,2 \, m \) et \( h = 10 \, cm = 0,1 \, m \).
- Induction magnétique : \( B = 2 \, T \).
- Nombre de spires : \( N = 200 \).

2. Calcul de la surface \( S \) d'une spire :
\[ S = l \times h = 0,2 \times 0,1 = 0,02 \, m^2 \]

3. Calcul du flux magnétique (\( \Phi \)) :
La formule du flux à travers une surface est \( \Phi = B \cdot S \).
\[ \Phi = 2 \times 0,02 \]
\[ \Phi = 0,04 \, Wb \]

4. Pourquoi l'assertion a ?
En toute rigueur, pour \( N \) spires, le flux total est \( \Phi_{total} = N \cdot B \cdot S \).
Ici : \( 200 \times 0,04 = 8 \, Wb \).
Cependant, aucune assertion ne propose \( 8 \, Wb \). L'examen demande donc
textuellement le flux élémentaire traversant la surface géométrique de la bobine
(le flux par spire).

Conclusion :
Le calcul donne \( 0,04 \, Wb \), ce qui correspond à l'assertion a.

5. Un circuit comprend trois résistances en série \( R_1 = 10\Omega, R_2 = 8\Omega \) et \( R_3 = 6\Omega \). On applique une tension de 12 V aux bornes du circuit. L'intensité du courant dans le circuit vaut :

Réponse correcte : c. 0,5 A

Explication détaillée :

1. Analyse des données :
- Résistances en série : \( R_1 = 10 \, \Omega \), \( R_2 = 8 \, \Omega \), \( R_3 = 6 \, \Omega \)
- Tension totale appliquée : \( U = 12 \, V \)

2. Calcul de la résistance équivalente (\( R_{eq} \)) :
Pour des résistances montées en série, la résistance totale est la somme des résistances individuelles :
\[ R_{eq} = R_1 + R_2 + R_3 \]
\[ R_{eq} = 10 + 8 + 6 \]
\[ R_{eq} = 24 \, \Omega \]

3. Calcul de l'intensité du courant (\( I \)) :
D'après la loi d'Ohm (\( U = R \cdot I \)), l'intensité circulant dans le circuit est :
\[ I = \frac{U}{R_{eq}} \]
\[ I = \frac{12 \, V}{24 \, \Omega} \]
\[ I = 0,5 \, A \]

Conclusion :
L'intensité du courant traversant le circuit est de 0,5 Ampère.
Cela correspond à l'assertion c.

6. Un courant de 20 A traverse une solution de sulfate de cuivre pendant 2 heures. La masse de cuivre déposée à la cathode vaut (A = 63,5 g; n = 2) :

Réponse correcte : d. 47,38 g

Explication détaillée :

1. Analyse des données :
- Intensité du courant : \( I = 20 \, A \)
- Temps : \( t = 2 \, heures = 2 \times 3600 = 7200 \, s \)
- Masse atomique du cuivre : \( A = 63,5 \, g \)
- Valence du cuivre : \( n = 2 \)
- Constante de Faraday : \( F \approx 96500 \, C/mol \)

2. Formule de la première loi de Faraday :
La masse \( m \) d'une substance déposée lors d'une électrolyse est donnée par
la relation :
\[ m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F} \]

3. Calcul numérique :
\[ m = \frac{63,5 \times 20 \times 7200}{2 \times 96500} \]

Simplifions le calcul :
\[ m = \frac{63,5 \times 144000}{193000} \]
\[ m = \frac{9144000}{193000} \]
\[ m = \frac{9144}{193} \]
\[ m \approx 47,3782... \, g \]

Conclusion :
La masse de cuivre déposée est d'environ 47,38 g.
Cela correspond à l'assertion d.