Légende alternative :

m Se 17 19.0 CI Nombre de neutrons Br 12-6=6 23-11 12 18 He Ne 20,2 *Ar Kr bysten Un ion est un atome ou groupe d'atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il y a donc des : Ions positifs appélés CATIONS: Atome ou groupe d'atomes qui a PERDU des électrons. Ex: Fe²+, Fe³+, Al³+... Ions positifs appélés ANIONS: Atome ou groupe d'atomes qui a GAGNE des électrons. Ex : Cl-, F-, SO4²-... Atome de magnésium Mg électriquement NEUTRE 12 électrons - 12 protons + 12 neutrons 0 Nom (ion...) aluminium (III) fer(III) fer (II) chlorure Formation d'un ion positif →→cation Réactif utilisé Perte de 2 électrons/ Précipité obtenu Exemples: pusty m test au nitrate d'angent Formule chimique de l'ion A13+ Fe3+ Fe2+ CI- Chlorure C1- nitrate d'argent (Ag+ +NO3) @@ lon magnésium Mg2+ Atome de fluor F 10 électrons - Blanc qui noircit à la lumière Mo 12 protons + 12 neutrons 0 b) Identification des ions + ions -) Une solution est toujours électriquement neutre: il y a autant de charges positives que de charges négatives. Une solution ionique s'écrit : (ion + Exemples sulfate de cuivre II: (Cu²+ + SO4²-) test à la soude Chlorure de fer III (Fe³+ + 3 Cl-) Pour identifier des ions, on peut utiliser des réactifs (soude, nitrate d'argent) qui vont donner des précipités de couleurs. (Le tableau suivant n'est pas à apprendre). Cuivre Ion Cu²+ FLACON 1 Il y a des ions Cl Il y a des ions Cu2+ Solution de chlorure de cuivre II Cu²+ + 2 Cl-) Bleu électriquement NEUTRE 9 électrons - 9 protons + 10 neutrons 0 Perte ou gain d'e- perte de 3 e- test au nitrate d'argent postup you you perte de 3 e- perte de 2 e- gain d' 1 e- Fer II Fe2+ Vert kaki Gagne 1 électron Prov test à la mode Zinc Zn²+ Soude ou hydroxyde de sodium (Na+ + HO-) FLACON 2 Il y a des ions Cl- Il y a des ions Zn²+ Solution de chlorure de zinc Zn²+ + 2 Cl-) Atome de fluor F électriquement NEUTRE 10 électrons - Formation d'un ion négatifanion nb de charges «+» nb de charges «< - >> 13 10 26 23 26 17 9 protons + 10 neutrons 0 Fer III Fe3+ marron blanc 24 18 Cu²+ + 2 HO→ Cu(OH)2 Ag+ + Cl AgCl Zn²+ + 2 HO→ Zn(OH)2 Aluminium A13+ Les réactions chimiques qui ont lieu entre le réactif et la solution sont : Un précipité est un solide blanc c) pH: solutions acides et basiques Une solution est acide si son pH est compris entre 0 et 6,99. L'acidité est due à l'ion hydrogène H+ Une solution est basique si son pH est compris entre 7,01 et 14. La basicité est due à l'ion hydroxyde HO- Une solution est neutre si son pH est = 7. Il y a autant d'ions H+ que d'ion HO- NEUTRE 7 0 Très acide ACIDE plus de H* que de HO On mesure le pH avec : ➡Du papier pH héliantine Peu acide BBT 0 0 Produits corrosifs AUTANT de H+ PS Il faut porter des gants, des lunettes et une blouse... 0 Peu basique NEUTRE moins de H* que de HO- que de HO- De plus en plus de HO- BASIQUE Produits écotoxiques De plus en plus de H+ Une solution très acide (pH proche de 0) et une solution très basique (pH proche de 14) sont dangereuses : ! Très basique 6,2 7 7,6 7 8 Produits irritants → Un indicateur coloré acido-basique comme le jus de chou rouge, qui change de couleur en fonction du pH. 3,2 4,4 7 14 14 10 pH e) Réaction entre un acide et un métal Un métal est un bon conducteur thermique et électrique. Il est recyclable. 14 d) Réaction entre un acide et une base Quand on fait réagir de l'acide chlorhydrique (H+ + Cl-) et une solution d'hydroxyde de sodium (Na+ + HO-), une réaction chimique a lieu et dégage beaucoup de chaleur. H+ + HO- > H2O Acide chlorhydrique Drainage minier acide (DMA) Acide d'un accumulateur u batterie Acide gastrique Jus de citron Cola¹ Vinaigre Jus d'orange ou de pomme Vin 14 pH de solutions du quotidien : Substance Bière Café Thé Pluie acide Lait Eau pure Salive humaine Sang Eau de mer Savon Eau de Javel Chaux Soude caustique Phénol- phtaléine ➡Un pH-mètre : appareil électronique qu'on trempe dans la solution et qui affiche la valeur du pH. Remarque : Lorsqu'on dilue une solution (ajout d'eau pure), son pH se rapproche toujours de 7. 2021 pH approximatif 0 <1,0 <1,0 2,0 2,4-2,6 2,5 2,5-2,9 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 <5,6 6,5 7,0 6,5-7,4 7,38-7,42 8,2 9,0-10,3 11,5 890 12,5 14,0 Réaction entre de l'acide chlorhydrique et le fer : 2 H+ + Réaction entre de l'acide chlorhydrique et le zinc: 2 H+ + Fe = H₂ Réaction entre de l'acide chlorhydrique et l'aluminium: 6 H+ + 2 Al = 3 H₂ Réaction entre de l'acide chlorhydrique et l'or / argent / cuivre: RIEN Dihydrogène explosif: quand on approche une allumette: détonation<< POP » Fe2+ m Zn = H₂ = хи Les ions qui ne réagissent pas sont dits spectateurs : on ne les écrit pas dans l'équation de la réaction chimique. Lors de la réaction entre un acide et un métal, Les ions hydrogène H+ de l'acide réagissent avec le métal pour donner du dihydrogène gazeux H₂ et l'ion métallique. Lors d'une réaction chimique : Il y a conservation de la masse car les atomes sont conservés (il y a autant d'atomes d'hydrogène de chaque côté du signe «<= >>) Il y a conservation des charges électriques (il y a autant de + et de - de chaque côté). f) Autres transformations chimiques : C + O₂ = CO₂ A chaque fois, il faut veiller à la conservation des atomes de chaque côté du « = »>. Combustion du carbone : Combustion du méthane : Combustion du propane : Combustion de l'éthanol : CH4 + 2 O₂ = CO₂ + 2H₂O C3H8 + 5 O₂ = 3 CO₂ + 4H₂O C₂H6O+ 3 O₂ = 2 CO₂ + 3 H₂O Synthèse de l'arôme de banane : C5H12 O + C₂H4O2 = C7H14O2 + H₂O g) Masse volumique (pas au programme du DNB 2017) en kg/m³ ou g/cm³ + + solidification fusion Solide + Fe²+ V m = px V 2 A1³+ = P Exemple: Un matériau appelé Hassium est un des plus dense sur Terre.. Un morceau de volume V= 1200 cm³ = 1,2 L a une masse m = 48,9 kg. Calcule la masse volumique p de l'hassium en g/cm³ et kg/m³ p=m/V = 48 900 /1200 = 40,8 g/cm³ = 40 800 kg/m³ h) Différents états de la matière Liquide Condensation Sublimation m en kg ou g en m³ ou cm³ Gaz Représentation à l'aide du modèle molécule Etat ● ● Ensemble... Molécules Possède un... Solide Compact et ordonné Liées, quasi immobiles et rapprochées Volume propre, une forme propre i) Atmosphère terrestre L'air est un mélange de plusieurs gaz : sa composition est 78% de diazote N₂: on arrondira à 80 % soit 4/5. 21% de dioxygène O₂: on arrondira à 20% soit 1/5. 1% d'autres gaz : le dioxyde de carbone CO₂, l'argon Ar, le dihydrogène H₂... Le dioxygène O₂ est un gaz indispensable à la respiration et aux combustions... L'air a une masse : 1 L d'air pèse environ 1 g - (1 litre d'eau pèse 1 kg) Gaz Liquide Tests caractéristiques Dihydrogène H₂ Compact et désordonné Un peu liées, mobiles et très rapprochées Volume propre Dioxyde de carbone CO₂ Dichlore Cl₂ Dioxygène O₂ Composition en volume k) Différence entre transformation physique, transformation chimique, mélange (Le tableau suivant n'est pas à apprendre). (liquide ou gaz) Eau H₂O Diazote 78% j) Différence entre transformation physique, transformation chimique, mélange Une transformation physique est la passage de la matière d'une forme à une autre. Il y a juste un changement d'aspect, de forme. Atomes et molécules ne changent pas. Ex: vaporisation, solidification, érosion... Dioxygène 21% Une transformation chimique est le passage d'une espèce chimique à une nouvelle espèce chimique. Les espèce chimiques de départ, appelées REACTIFS, se transforment en nouvelles espèces chimiques appelées PRODUITS. Le phénomène permettant cette transformation chimique est appelé réaction chimique. Exemples: décomposition, synthèses, oxydations, précipitations, certaines dissolutions. Un mélange est juste une mise en commun de deux corps ensemble. Ex: huile + vinaigre. Autres gaz 1% Test Détonation à l'approche d'une gazeux Dispersé et très désordonné Non liées, éloignées, en mouvement rapide allumette Eau de chaux qui se trouble Eteint une flamme de bougie Gaz de couleur verte qui pue Ravive une flamme ou une braise Sulfate de cuivre anhydre qui devient bleu Composition simplifiée en molécules Molécule de diacote Molécule de dioxygéne 2/ Energie L'énergie est un concept abstrait qui quantifie la capacité d'un objet à effectuer des transformations. L'énergie se transfère et se transforme. Unité officielle (SI) : le Joule (J). ● ● a) Sources d'énergie, formes d'énergie Les sources d'énergie renouvelables sont des sources d'énergie inépuisables à l'échelle de l'humanité : Soleil, eau, chaleur de la Terre (géothermie), vent, biomasse Les sources d'énergie non- renouvelables sont des sources d'énergie épuisables à l'échelle de l'humanité. Il y a en 2 types : O Sources fossiles: pétrole, gaz, charbon. O Source nucléaire : Uranium. ● • La forme d'énergie correspond au type d'énergie : potentielle de position, cinétique, électrique, lumineuse, chimique, thermique, mécanique, nucléaire, musculaire... énergie chimique Pétrole, gaz, charbon Uranium Source d'énergie Vent Soleil Chaleur de la Terre Biomasse Eau b) Conversion d'énergie Ex: pile qui alimente une lampe Pile énergie électrique énergie thermique ● Énergie lampe lumineuse Une pile est un convertisseur d'énergie chimique en énergie électrique ● Énergie thermique Forme d'énergie Energie chimique Energie nucléaire Energie cinétique (ou éolienne) Energie lumineuse (ou solaire) Energie thermique (ou géothermique) Energie chimique Energie cinétique (ou hydraulique) Convection Ex: dynamo qui alimente une lampe Energie cinétique c) Transfert d'énergie • Il existe plusieurs façons de transférer d'un corps à un autre corps : ✓Le travail d'une force ✓ Le transfert thermique par : alternateur Conduction énergie électrique lampe énergie thermique Un alternateur est un convertisseur d'énergie cinétique en énergie électrique Energie lumineuse Conduction sans transport de matière, du corps chaud vers le corps froid. Convection : avec transport de matière, entre des fluides chauds froids. Rayonnement : par des ondes électromagnétiques Énergie thermique Rayonnement d) Production de l'énergie électrique Les centrales électriques produisent l'électricité de la même manière : On fait tourner une turbine (avec de la vapeur d'eau, du vent) qui fait tourner l'aimant d'un alternateur. Vapeur d'eau Chaudière Turbine Un alternateur est constitué d'un aimant + une bobine. L'aimant appelé rotor tourne dans une bobine statique appelée Stator. ● Énergie électrique Alternateur En 2016, en France, 72,3 % de l'énergie électrique provient des centrales nucléaire et 19,1 % (eau, vent, bois, déchets, soleil) provient de sources d'énergie renouvelables. Un alternateur produit une tension Un alternateur est un convertisseur d'énergie cinétique (ou mécanique) en énergie électrique On utilise les sources d'énergie renouvelables ou non renouvelable pour fabriquer de la vapeur d'eau qui fera ensuite tourne la turbine puis l'alternateur. Tension (V) alternative (alternativement + et -). variable (qui change tout le temps). Umax FRAA VA Umin bobine stator MOTIF arrondie Alternateur énergie cinétique Pour la tension du secteur (prise de courant) : Fréquence f = 50 Hz Période T = 20 ms Tension maximale Umax 320 V tension efficace mesurée avec un voltmètre en alternatif Ueff ~ 230 V Aimant Rotor pétrole, gaz, cherbon 8,6% alternateur Origine de l'électricité produite en France en 2016 vent: 3,9% Année 2016 énergie électrique Période T : c'est la durée d'un motif qui se répète. On la mesure entre 2 point identiques de la courbe. Fréquence : c'est le nombre de période en 1 s en Hz ⇒ f = 1/T Umax: c'est la tension maximale. + énergie thermique soleil : 1,6% Uranium: 72,3% En conséquence, la tension délivrée par EDF qui arrive dans nos maisons a la forme suivante. C'est une tension : Alternative : car elle est alternativement + et - Périodique : car elle se répète identiquement Temps (s) dans le temps. Variable: car elle change tout le temps Sinusoïdale: car elle a la forme d'une vague eau des barrages hydroélectriques 12,0% bois, déchets : 1,6% Tension du secteur Echelle : 1 carreau horizontal vaut 0,01 s 1 carreau vertical vaut 100 V e) Energie cinétique, énergie potentielle de position, énergie mécanique. Energie cinétique Ec: liée à la vitesse et l'altitude Ec = 1/2 x mx v² En Joule (J) En kilogramme (kg) Energie potentielle de position Ep: = m x Ep & h X en m/s En kilogramme (kg) En Joule (J) ● f) Sécurité routière Pesanteur en N/kg Distance d'arrêt DA Hauteur en m = = ✓ Lors d'un freinage, l'énergie cinétique Ec est convertie en énergie thermique et déformation. g) Puissance électrique 0,5 m x v2 ✓ Les dégâts engendrés lors d'un choc sont proportionnels à l'énergie cinétique, donc à v². Si v x 2 dégâts x 4 Ed mg xh Energie mécanique Em: L'énergie mécanique Em est la somme de l'énergie cinétique Ec et de l'énergie de position Ep : Em Ec + Ep = Lors de la chute d'un corps, l'énergie potentielle de position diminue et se convertit en énergie cinétique (qui augmente). L'énergie mécanique SE CONSERVE s'il n'y a pas de « pertes » dans l'environnement à cause des frottements. DF dépend de l'état de la route, de l'état du véhicule, des conditions météo, de la vitesse... La distance de freinage est multipliée par 4 lorsque la vitesse est multipliée par 2 La distance de freinage est multipliée par 9 lorsque la vitesse est multipliée par 3 DR ne dépend que du chauffeur et de la vitesse. E = Ec = 1/2 m v² distance de réaction + distance de freinage DR + DE facteurs m = Ec + 0,5m V = ... du système de freinage du véhicule ... de l'absorption d'alcool, de drogues, médicaments Ep = mgh m = Ep + (gh) h = Ep + (mg) E √0,5xm de l'état des pneumatiques. ...de la qualité de la route . de la vitesse du véhicule. ... de l'état de fatigue, de l'âge, de la vision du conducteur. ......de la température. ..de mauvaises conditions météo (pluie, neige, verglas...) ... de la distraction ou de la concentration (téléphone portable, discussion, musique...) DR DF dépend ... dépend ... OUI OUI OUI OUI OUI OUI OUI QUI QUI OUI La puissance nominale correspond à un débit d'énergie et correspond à l'énergie E échangée (reçue ou donnée) pendant une durée t = 1 seconde. Un objet est puissant s'il convertit un grande quantité d'énergie en un minimum de temps. En courant continu: P=UxI U= P + I I = P÷U En courant alternatif (nous l'étudierons): la relation reste valable pour les appareils résistifs ou chauffants (lampes, résistances, plaques de cuisson, grille-pain, bouilloire...). Il faut juste prendre les valeurs efficaces des tensions Ueff et intensité Leff. Peff = Ueff x Ieff Puissance en W tension'en V Energie P=UxI Si Si Si h) Energie électrique L'énergie transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est : E =Pxt puissance P est en watt(W) P est en watt(W) P est en kilowatt(W) tension en V et et intensité en A et temps P = U I X t est en seconde (s) t est en heure (h) t est en heure (h) X 3 600 000 résistance en Ω intensité en A E 1 Px t Exercice: Sachant qu'un 1 kWh coûte environ 0,12 €, combien coûte 10 min de sèche-cheveux de puissance 1200 W? E=Pxt=1,2 x (10/60) = 0,2 kWh Ou autre méthode E = P x t = 1200 x 10 x 60 = 720 000 J Dont le prix à payer est : 0,12 x 0,2 = 0,24 € i) Loi d'ohm La tension U est proportionnelle à l'intensité pour un dipôle ohmique (résistance) U =RxI E = Pxt U= E÷t t E÷P = alors E est en Joule (J) alors E est en wattheure (Wh) 1Wh = 3600 J alors E est en kilowattheure (kWh) 1kWh = 3 600 000 J DT Rx I U =RxI R= U÷I I = U÷R j) Loi de l'électricité Tension Intensité ms durée de passage du courant 10000 5000 2000 1000 0.1 0.5 1 2 Neutre- OV Circuit en série 30 mA ↓ G 6 V k) Sécurité électrique Le corps humain est faiblement conducteur. En dessous d'une tension de 24 V, aucun danger. Au dessus, l'humain peut subir une électrisation. On parle d'électrocution seulement si la personne décède Ce qui est dangereux lors du contact est l'intensité du courant et le temps de passage de ce courant. Une intensité de 30 mA peut tuer un homme ! courbe de sécurité Terre OV L₂ Sur une prise de courant il y a 3 prises : LOI de l'ADDITIVITE DES TENSIONS : la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque récepteur : 5 10 20 50 100 200 500 10002000 5000 courant passant par le corps mA UG = UL1 + UL2 LOI d'UNICITE DES INTENSITES : L'intensité est la même partout dans un circuit en série : I₁ = I2 = 13 Phase 230 V Circuit en dérivation 6 V 6 V G Pour protéger les appareils, on utilise des coupe-circuits : les disjoncteurs et les fusibles. Leur principe est de couper le circuit si une surintensité due à un court-circuit ou une demande de courant trop importante intervient 1>16 A LOI d'UNICITE des TENSIONS: La tension est la même aux bornes de chaque dipôle branché en dérivation. UG = UL1 = UL2 Zone 1: aucune réaction, sensation Zone 2: picotements (aucun effet dangereux) Zone 3: tétanisation, contraction musculaire, brulures (effets non mortels). Zone 4: Arrêt du cœur, de la respiration, brulures graves (effets pouvant être mortels) 16 A LOI des NŒUDS ou LOI de l'ADDITIVITE DES INTENSITES : L'intensité du courant dans la branche principale (générateur) est égale à la somme des intensités dans toutes les branches dérivées : I₁ = I2 + 13 fusible ➡ La phase : C'est le fil dangereux dont le potentiel* est de 230 V. ➡ Le neutre : C'est le fil couplé à la phase dont le potentiel est de 0 V La Terre : Elle assure la sécurité des personnes et des appareils. Elle permet, pour les appareils à carcasse métallique, d'amener le courant à la Terre en cas de problème. Vidéo incroyables expériences *Rappel : une tension est une différence de potentiel électrique. Situation dangereuse pour l'homme : S'il touche la phase d'une main et le neutre de l'autre main (qu'il soit en contact avec la terre ou pas) S'il touche la phase avec une main et qu'il est en contact avec la terre (sol) Tous les appareils d'une main sont branchés en dérivation. Il faut choisir des sections de fils adaptées en fonction de la puissance de l'appareil Ex: une plaque à induction de puissance P = 5800 W alimenté sous une tension de 230 V demande une intensité de Types de trajectoires Rectiligne (ligne droite) Section Intensité maximale (A) c) Vitesse b) Trajectoire : On étudie souvent le mouvement un point particulier de l'objet : son centre de gravité ou centre de masse, noté G. C'est souvent la trajectoire la plus simple. d Le mouvement (trajectoire + vitesse) dépend donc de l'observateur. Ex: Dans le référentiel du train, une personne assise dedans est immobile. Dans le référentiel « quai de la gare », la personne assise dans le train est en mouvement. = I = P÷U = 5800 ÷ 230 = 25,2 A. On utilisera un fil de 6mm² pour brancher la plaque. On la branchera en série avec un disjoncteur ou un fusible de 32 A 3/ Mouvements, forces et interactions. a) Référentiel Un référentiel est un objet par rapport auquel on étudie un mouvement. On peut dire que c'est un observateur. V x t 1,5 mm² Définition de la trajectoire : C'est l'ensemble des positions occupées par un objet au cours du temps Autre déf : C'est la ligne tracée par un objet au cours de son mouvement. d=vxt =d V = 16 A t = 2,5 mm² Circulaire (cercle) O d 25 A V 6 mm² 32 A m/s v (m/s) -3 Curviligne (quelconque) m v = d ↑ km/h km x 3,6 ÷ 3,6 10 mm² .1. 73 A S n t ↑ h v (km/h) Exemple : Un cycliste parcourt une distance d = 94 km en 3 h 30 à vitesse constante. Quelle est sa vitesse moyenne ? V = d+t=94+3,5 = 24 km/h c'est-à-dire 6,7 m/s d) Différents types de mouvements Une chronophotographie est une superposition de photos d'un objet prises durant son mouvement à intervalle de temps réguliers. v (m/s) la valeur de la vitesse augmente: le mouvement est accéléré L'écart entre chaque voiture augmente 5 6 7 8t (s) ● glace *** e) Interactions et forces Si un objet A agit sur un objet B, simultanément B agit sur A ; on dit que A et B sont en interaction (actions réciproques). Il existe 2 types d'actions et d'interactions : Des (inter)actions de contact qui se font par contact local avec l'objet. Des (inter)actions à distance qui se font à distance (sans contact). (inter)action gravitationnelle : exercée sur les objet qui ont une masse. (inter)action magnétique : exercée sur tout objet aimantable et /sur les aimants. (inter)action électrique : exercée sur tout objet chargé électriquement. On peut représenter les interactions subies par un objet avec d'un Diagramme Objet Interactions (D.O.I). Exemples: PALET v (m/s) 2 bulles autour du palet = 2 forces 3 bulles = 3 forces (7 La valeur de la vitesse reste identique : La valeur de la vitesse diminue : le mouvement est uniforme. L'écart entre chaque voiture reste le même le mouvement est ralenti. L'écart entre chaque voiture diminue Interaction à distance 78 t(s) Interaction de contact v (m/s) TERRE * OFF93 FGlace→ PALET = REACTION de la glace GX Palet glace On modélisera une action mécanique par une FORCE représentée par une flèche (vecteur) qui possèdent 4 caractéristiques : t(s) FTerre→ PALET = POIDS Une direction Une sens →→ Un point d'application : Une valeur : exprimée en NEWTON (N). La longueur de la flèche sera proportionnelle à la valeur. Une force se mesure avec un dynamomètre. ''6' Quelques forces à connaitre : Le poids P: toujours verticale, vers le bas (centre de la Terre) -- point d'application : centre de gravité G La réaction du support: toujours perpendiculaire au support - point d'application: point de contact. ● ● Exemple 2: table ● bille bille frottements de l'air négligés x Terre Sol Terre Réaction de la table G Poids Réaction de la table (Perpendiculaire à la table) Poids *: attention au point d'application et à la longueur des flèches. • poids: point G COMA sol F Terre → Lune réaction du support: point de contact support / balle. La longueur de la flèche de poids est toujours la même. f) Effets d'une forces Les effets d'une force sur un objet peuvent être de : x De le mettre en mouvement. De modifier sa trajectoire ou/et sa vitesse : De le déformer. bille On en déduit : Un objet est en équilibre statique (immobile) si les forces appliquées se compensent (elles sont opposées): mêmes directions, mêmes valeurs MAIS sens opposé. Poids LUNE Terre g) Gravitation En 1687, Newton explique le mouvement des planètes grâce à la loi de la gravitation Universelle La gravitation est une interaction (action réciproque) attractive à distance entre tous les objets qui ont une masse. Elle est grande si les masses sont grandes et les distances qui les séparent sont petites. ESPACE Londres 2 G TERRE PEKIN Table SYDNEY La Terre attire la lune avec la même force que la lune attire la Terre : c'est une interaction. SHE h) Poids et masse Pour un Londonien, un pékinois ou un habitant de Sydney, la gravitation sous la forme d'une force qui l'attire vers le bas (centre de la planète) : c'est son poids. Le poids est la force gravitationnelle exercée sur une masse par une planète au voisinage de sa surface P = m x Poids en N Masse en kg Le poids est proportionnel à la masse. g, intensité de la pesanteur, est le coefficient de proportionnalité. 2 3. 1 0 Il dépend de la planète (l'astre), de l'altitude, de la latitude... Sur Terre, g 10 N/kg. 4 Poids (N) 0 Intensité de la Pesanteur en N/kg 0,1 0,2 N 0,3 P mx g N Avec G = 6,67 x 10-11 SI: la constante de gravitation universelle = Exemple de calcul : 1/ Un homme a une masse de 70 kg. Quel est son poids? P=mx g = 70 x 9,8 = 686 N Masse (kg) MAMB d² Planète m Le poids P se mesure avec un dynamomètre. Elle est reliée à la force de gravitation et dépend donc de l'endroit où l'on se trouve dans l'Univers. Terre Mars P= mx x g g= P + m m = P÷g Mercure Venus 8,8 Planète g (N/kg) 4,0 Jupiter g (N/kg) 24,8 Saturne 10,4 9,8 Uranus 8,7 3,7 Neptune 11,0 Différence entre la masse et le poids La masse m se mesure avec une balance. Elle est reliée à la quantité de matière et ne change pas quelque soit l'endroit où l'on se trouve dans l'Univers. il faut juste savoir l'appliquer 2/ Un Homme a un poids de 383 N et une masse de 85 kg. Sur quelle planète s'est-il pesé ? G = P + m = 323 ÷ 85 = 3,8 N/kg. →il s'est pesé sur Mars. i) Force de gravitation selon Newton L'interaction gravitationnelle est modélisée par une (double) force d'attraction. Enoncé : 2 corps de masses mд et m³, à répartition de masse sphérique, espacés d'une distance d, exercent mutuellement l'un sur l'autre une force d'attraction : kg kg FA/B = FB/A = G Cette formule vous sera donnée : Rattrapage du zéro Index Crochet- Ressort d Graduation en newton Exemple 1: Force de gravitation exercée par la Terre sur la lune Données : mterre = 5,97 x 1024 kg ; mlune = 7,35 x 1022 kg 6,67.10-¹¹x5,97.1024 x7,35.1022 (3,844.108) ² FTerre Lune Gx mTerre Lune DEL FTerre homme = G x Exemple 2: Force de gravitation exercée par la Terre sur un homme à sa surface. Données : mterre = 5,97 x 1024 kg G = 6,67 x 10-11 SI mTerre homme DTH 4/ L'Univers Des avions recréent sur Terre cet état d'impesanteur pendant quelques secondes. ; mhomme = 70 kg ; DTH =Rayon Terre = 6380 km= 6,38 x 106 m; 6,67.10-¹¹ x5,97.1024x70 (6,38.106)² j) L'impesanteur Etre en impesanteur, c'est être en chute libre (c'est-à-dire seulement soumis à son poids, sans frottements de l'air) et ne pas rencontrer d'obstacle. Thomas Pesquet a été en impesanteur pendant 6 mois dans l'ISS: il était soumis à l'attraction de la Terre mais il l'a râté en permanence → en effet, sa vitesse prodigueuse de 28 000 km/h dans le vide l'a fait rester à égale distance de la Terre, en suivant la courbure de la Terre. a) Description de l'infiniment grand Mercure 9700m- Vénus Terre Mars = 1,98 x 1020 N 8800 ; DTL = 384 400 000 m; G = 6,67 x 10-11 SI 7600 Cérès = 686 N Jupiter → L'Univers est par définition, tout ce qui existe, c'est-à-dire la matière et l'énergie dans un tissu élastique appelée espace-temps. L'univers une histoire qui débute il y a 13,8 milliards d'années avec le Big Bang. Dans le domaine du très grand : → L'Univers est constitué d'environ 200 milliards de Galaxies (la Voie Lactée est la nôtre) elles-mêmes structurées en amas en superamas. Tout est gouverné par la gravitation. 1,83 20 s → Une Galaxie un regroupement de centaines de milliards d'étoiles et d'objets célestes en tout genre : planètes, comètes, astéroïdes, satellites, poussières, gaz... PALIER RESSOURCE IMPESANTEUR BESSOURCE → Le Système Solaire s'est formé par condensation d'un nuage de gaz et de poussière il y a 4,6 milliards d'années. Il est constitué de 8 planètes gravitant autour d'une étoile : le Soleil. On y trouve aussi des comètes, des astéroïdes, des planètes naines, des satellites... PARABOLE ⇒ Il existe des planètes rocheuses ou telluriques : Mercure; Venus; Terre; Mars et des planètes géantes gazeuses qui sont Jupiter; Saturne; Uranus; Neptune. Il s'étend bien au-delà de Neptune... 20 s Saturne 1,8g ACCELERATION EN g DURÉE EN SECONDES 20 s Uranus Neptune Pluton Hauméa Makémaké PLANÈTES PLANÈTES NAINES Éris (X 30 NOC Petit amas de 60 galaxies Page 100 000 a.l Groupe Local = 200 à 300 milliards d'étoiles Vue d'artiste - Voie Lactée vue du dessus-Galaxie spirale Raine Voie Lactée KH WLM ← 1 million d'a.l Galaxie FICH Galerie (MT) MU X 30 Superamas de la Vierge 30 millions d'a.l c) Description de l'infiniment petit ➡ La matière est constituée de molécules, elles- mêmes d'atomes, eux-mêmes constitués d'un noyau (protons + neutrons) autour duquel bougent des électrons. Univers observable → Un atome mesure environ 10-10 m, un noyau mesure entre 10-14 m et 10-15 m. Le noyau est donc entre 10 000 et 100 000 fois plus petit que l'atome. UNIVERS b) Unités de longueur Pour exprimer les distances gigantesques, on utilise l'unité astronomique (UA) ou l'année-lumière (a.l). ✓ l'unité astronomique notée UA = 1 distance Terre/Soleil 1 U.A distance terre-Soleil ≈ 150 millions de kilomètres 150 x 106 km 1,5 x 108 m 1,5 x 10¹1 m Exemple: Neptune se situe à 30 UA du Soleil, c'est-à-dire 30 x 1,5 x 108 = 4,5 x 10⁹ km. 82,8 milliards d'a.l ✓ l'année-lumière notée a.1 = C'est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, en 1 an. (vitesse de la lumière dans le vide : 300 000 km/s = 3,00 x 108 m/s) 1 a.1 = 300 000 x 365,25 x 24 x 3600 1013 km 10 000 milliards de kilomètres ~ 10¹6 m Exemple: l'étoile Aldébaran se situe à 65 a.l de la Terre, c'est-à-dire 65 x 1013 = 6,5 x 1014 km. Conséquence : Quand on regarde loin, on regarde le passé. Sirius, étoile située à environ 8 a.l (≈ 8 x 10¹3 km), est vue comme elle était il y a 8 ans. Sa lumière a mis 8 ans à nous parvenir. La lumière du Soleil met 8 min 20 s à nous parvenir➜ on le voit donc 8 min 20 s dans le passé. Molécule 10 m X 400 atome 100m noyau 10¹¹4 m électron <10-18m proton 10-15m d) Point commun entre l'infiniment grand et l'infiniment petit → L'univers et les atomes ont une structure lacunaire : entre les électrons et le noyau, il y a du vide. Entre les Galaxies aussi. Entre les étoiles aussi. L'Homme se situe au milieu de cette échelle. quark<10-¹8m e) Représentation de la Terre au cours de l'Histoire de l'Humanité Durant l'antiquité, la représentation du système solaire était géocentrique : Tous les astres étaient représentés comme tournant autour de la Terre. A partir de Nicolas Copernic, en 1543, le système héliocentrique s'est imposé : On a représenté les planètes en révolution autour du Soleil. Les humains ont d'abord pensé que la Terre était plate mais elle est sphérique comme toutes les autres planètes du système solaire. f) Scénario simplifié de l'histoire de l'Univers (pas au programme du DNB 2017) Temps C'est grâce à la théorie de la relativité générale d'Einstein (1915) que nous savons aujourd'hui que l'univers a une histoire qui commence certainement il y a 13,8 milliards d'années. Que s'est-il passé à partir de cette singularité ? 10-35 s après le big bang, l'espace est entré dans une violente expansion (appelée inflation). Les premières particules sont apparues (électrons, quarks, protons, neutrons) et ont fini par former des NOYAUX d'hydrogène H et d'hélium He en moins de 3 min ! L'univers grandit, se refroidit, si bien que 380 000 ans après le Big Bang, il est suffisamment dilué pour former les premiers ATOMES d'hydrogène et d'hélium. La Lumière, qui était emprisonnée dans cette « soupe cosmique >> peut enfin jaillir ! (nous la percevons aujourd'hui en lumière micro-onde, invisible à l'œil nu : c'est le rayonnement fossile, ou fond diffus cosmologique. Singularité -X Le Big Bang est ce nom donné au moment qui marque la naissance de la notion d'espace et du temps, mais aussi à toutes les théories qui décrivent l'expansion de l'Univers à partir d'un point infiniment dense, chaud et petit → une singularité 400 millions d'années après le Big Bang, les premières étoiles et Galaxies apparaissent. Notre Galaxie, la Voie lactée, s'est formée il y 10 milliards d'années et le Système Solaire il y a 4,6 milliards d'années. La vie Sur Terre est apparue il y a 3,8 Milliards d'années. Les télescopes d'aujourd'hui permettent d'observer l'Univers dans son passé, quelquefois très lointain et dans tous le domaine des fréquences des ondes électromagnétiques (visible, UV, infrarouge, rayons X, rayons gamma, ondes radio...) Aujourd'hui nous savons que l'Univers est en expansion (accélérée) : c'est-à-dire que le tissu de l'espace-temps (espèce de gelée élastique) dans lequel se trouvent les galaxies et les étoiles grandit (avec pour conséquence d'éloigner les galaxies). Fond diffus Åges sombres cosmologique Inflation cosmique Fluctuations quantiques Rayons y Rayons X ultraviolet (UV) 400 nm Premières étoiles (population I Le Spectre ELECTROMAGNÉTIQUE U.V. -200µ K 500 nm 1 μm Formation de galaxies, planètes... Accélération de l'expansion de l'univers wwwwwww I.R. 600 nm Micro-Ondes 700 nm m 1200 K WMAP Ondes radio 800 nm infrarouge (IR) g) D'où vient la matière qui nous compose ? (pas au programme du DNB 2017) Durant les 3 premières minutes après le Big Bang, tout l'hydrogène H et l'hélium He de l'Univers s'est formé par fusion nucléaire (agglomération de protons et de neutrons). Cela signifie que toute l'eau que vous buvez aujourd'hui (H₂O), constituée d'atomes d'hydrogène et d'oxygène, provient en partie du Big bang (il y a 13,8 milliards d'années) : On appelle ce processus la nucléosynthèse primordiale (ou cosmologique) Lorsque des nuages de gaz et de poussières se condensent sous l'effet de la gravitation, la température augmente et peut engendrer des réaction de fusion thermonucléaire : une étoile nait. Le Soleil passe ainsi sa vie à transformer de l'hydrogène H en hélium He par fusion nucléaire dans son cœur dense et chaud (15 millions de degrés). Dans 5 milliards d'années, quand le Soleil n'aura plus de carburant hydrogène, il « mourra » : Il deviendra une géante route pendant que son cœur s'effondrera sur lui-même pour former une naine blanche. Cycle de vie Naissance du Soleil I 1 4 ¹H 4He+B+y Conversion de H en He I 2 Zone froide à Hydrogène I 3 Maintenant I 4 3 4He 12C+Y Conversion de H en He Zone froide à Hydrogène Conversion de He en C 5 Réchauffement progressif 6 7 En milliards d'années (approx.) Lorsque le cœur du Soleil commencera à se contracter, la température et la pression augmenteront (jusqu'à 100 millions de degrés: l'hélium He pourra fusionner en carbone C. Pour le Soleil, petite étoile banale, le processus s'arrête ici. 4¹H4He + B+y Pour les étoiles un peu plus grosses (entre 2 et 8 fois la masse du soleil), la fusion pourra aller jusqu'à l'oxygène O Fusion nucléaire dans le Soleil Fusion nucléaire dans des étoiles de 2 à 8 masses solaires Zone froide à Hydrogine 8 Coupe d'une étoile ayant une masse 25 masses solaire Hydrogène 9 .Hélium Carbone Oxygène Néon -Magnésium Silicium-Calcium Cœur de Fer de Hen He de Hen He Géante rouge 3 4He 12C+y Zone froide & Hydrogine de Hen He 10 Conversion Naine blanche 12 13 Echelle des tailles non respectée 11 Vent stellaire ou Nébuleuse planétaire Si l'étoile fait entre 8 et 50 masses solaires, le cadavre de l'étoile est une étoile à neutron. Si l'étoile fait plus 50 masses solaires, le cadavre de l'étoile est un trou noir. 4He 12C 160 Les éléments lourds, au-delà du fer, proviennent en partie de la capture de neutrons lors de la supernova, de la collision de 2 étoiles à neutrons ou trous noirs, ou bien d'hypernovas. D'autres éléments lourds sont fabriqués en laboratoire dans des collisionneurs. Zone froide à A l'issue de ce processus, des gaz seront expulsés dans l'espace sous forme de nébuleuse planétaire ou vent stellaire et permettront d'ensemencer l'Univers en nouveaux éléments qui n'existaient pas avant ! Des millions voire des milliards d'années après, ces gaz et poussières expulsés, qui contiennent de nouveaux éléments chimiques, entreront dans la composition de nouvelles étoiles., et ainsi de suite... les étoiles sont des chaudrons à nouveaux atomes. Conversion de Hen He 14 de He en C Dans les étoiles très massives, au-delà de 8 masses solaires, la température peut atteindre 3,5 milliards de degrés en fin de vie et la fusion nucléaire peut aller jusqu'au fer, élément chimique le plus stable (Z = 26). Arrivées en fin de vie, elles explosent violemment sous la forme d'une supernova: cette explosion dissémine ainsi tous les nouveaux atomes synthétisés dans l'espace et enrichit l'Univers en nouveaux éléments qui n'existaient pas avant l'explosion de l'étoile. Nébuleuse du crabe, Sn 1054 -- Supernova Le corps humain, composé à 99 % de carbone C, d'hydrogène H, d'azote N et d'oxygène O est donc issu de poussières d'étoiles ou du Big bang. 5/ Signaux et informations (pas au programme du DNB 2017) a) Définitions Un signal est un signe qui transporte une information codée, transmise d'un émetteur (source) à un récepteur (destinataire) par un canal de transmission. Pour transmettre un signal, il faut donc: ● ● Un récepteur Un canal de transmission. Un émetteur Emetteur (source) b) Différents types de signaux Type de signal Signaux sonores: onde de vibration de la matière Signaux lumineux: onde électromagnétique portant toutes les couleurs de l'arc en ciel. Signaux radio: onde électromagnétique non visible Signaux olfactifs Signaux tactiles Signaux gustatifs c) Information Canal de transmission (milieu de propagation) Emetteur Klaxon, corde vocales, sifflet, explosions, sonnerie, haut- parleur... Phare, Lampe, gyrophare Sonar, antenne émettrice. Fleur, parfum, urine... Objet Chaine d'information Aliment Milieu de propagation Canal de transmission Dans la matière : Air, Eau, Fer... Ne propage pas dans le vide Dans le vide ou la matière transparente ou translucide :Verre, vide, air, fibre optique Dans la matière ou le vide Air Contact Contact Récepteur Oreille (ouïe) microphone Récepteur (destinataire) Eil(vue) Photorécepteur. Antenne radio, de TV, radar, téléphone. Nez (odorat) Récepteur tactile (toucher) Récepteur gustatif Remarque Les infrasons et les ultrasons inaudibles par l'homme Autres types de lumière invisible infrarouge, ultraviolet Sensation de chaud, froid, mouillé, sec, mou, dur... sensation de salé, sucré, acide, amer. Afin de comprendre l'information contenue dans un signal (Ex: sirène + lumière d'un camion de pompiers), il faut que le signal contourne tour les obstacles pour arriver pour arriver jusqu'au récepteur. Puis il faut ensuite extraire l'information du signal et la comprendre. Le système binaire est un codage où l'information peut seulement prendre 2 valeurs : 0 ou 1. Avantage : Les processeurs d'ordinateurs ne savent traiter que ce type d'information NUMERIQUE. Un signal analogique est un ensemble continu d'informations alors qu'un signal numérique est un ensemble discontinu d'informations. signal analogique signal numérique 200 206 400 500 Infrasons L 200 and 20 Numérisation Convertisseur Analogique Numérique éléphant, taupe 600 500 400 700 Conversion analogique --> numérique 2 Les vibrations sont alors transformées en impulsions électriques transmises au cerveau via le nerf auditif. e) Le son: audition 10010101010 800 900 600 00 800 Musique MP3 stockée sur un disque, CD... L'intensité d'un son L s'exprime en décibels (dB). Elle est mesurée avec un sonomètre. 20 000 chat, chien Le seuil de douleur est estimé à 120 dB et le seuil de danger est à 1000 conduit auditif externe 40 000 Les conséquences sont en général irréversibles en cas d'accident auditif. Champ auditif humain 0101110101011101 0101010011110111 0001110001111011 1100001111000111 Ultrasons chauve-souris, dauphin marteau REAGERE 160 000 Fréquences (Hz) membrane tympanique 0 1 2 90 dB. 4 d) Le son généralités Le son est le déplacement d'une vibration (ou onde de pression) dans un milieu matériel. Ce milieu de propagation peut être solide (fer..., liquide (eau...) ou gazeux (air...). Le déplacement s'effectue sans transport de matière mais avec transport d'énergie L'oreille est le récepteur des sons. L'onde de pression fait vibrer le tympan Le marteau, l'enclume et l'étrier (3 osselets) amplifient les vibrations et les transmettent jusqu'à l'oreille interne. 6 8 9 A B C D E F G H I J K attique M 0011 0000 0011 0001 0011 0010 0011 0011 0011 0100 0011 0101 0011 0110 0011 0111 0011 1000 0011 1001 0100 0001 0100 0010 0100 0011 0100 0100 0100 0101 0100 0110 0100 0111 0100 1000 0100 1001 0100 1010 0100 1011 0100 1100 0100 1101 0100 1110 enclume caisse 120 dB seuil de la douleur 90 dB seuil de danger 85 dB seuil de risque Systeme binaire 0 dB seuil d'audibilité 0 P Q R S T 0 V W x Y z a b C d . f 9 h I 3 k 1 0100 1111 0101 0000 0101 0001 0101 0010 0101 0011 0101 0100 0101 0101 0101 0110 0101 0111 0101 1000 0101 1001 0101 1010 0110 0001 0110 0010 0110 0011 0110 0100 0110 0101 0110 0110 0110 0111 0110 1000 0110 1001 0110 1010 0110 1011 0110 1100 canaux semi-circulaires étrier dB(A) 85 m n 40 30 20 P a r Le domaine des fréquences sonores audibles par l'Homme vont de 20 Hz à 20 000 Hz avec un maximum de sensibilité autour de 3000/4000 Hz. L'oreille humaine ne peut pas entendre les infrasons (f < 20 Hz) ni les ultrasons (f> 20 000 Hz). t u V W Y # I 7 7 I ( > space 0110 1101 0110 1110 0110 1111 0111 0000 0111 0001 0111 0010 0111 0011 0111 0100 0111 0101 0111 0110 0111 0111 0111 1000 0111 1001 0111 1010 0010 1110 0010 0111 0011 1010 0011 1011 0011 1111 0010 0001 0010 1100 0010 0010 0010 1000 0010 1001 0010 0000 nerf vestibulaire nerf cochléaire cochlée 105 concert discothèque klaxon trompe d'Eustache restaurant scolaire 80 automobile 70 60 salle de classe fenêtre sur rue éolienne salle de séjour chambre à coucher vent léger Échelle du bruit (en dB) avion au décollage f) Le son: vitesse Plus le milieu est dense, plus le son se propage rapidement. Dans l'air, sa vitesse est de 340 m/s environ. 1 pm g) Le son: fréquence Un son est émis par la membrane d'un haut-parleur : Si la membrane vibre 1000 fois par seconde, le son émis aura une fréquence de 1000 Hz. h) Le lumière : Généralités Le SpectRE ELECTROMAGNÉTIQUE Rayons y Rayons X ultraviolet (UV) U.V. wwwwwww I.R. Milieu de propagation de plus en plus dense Air à 20 °C Eau Acier Micro-Ondes Propagation guidée de la lumière dans une fibre optique. La lumière se déplace à 200 000 km/s et transporte beaucoup d'information Ondes radio infrarouge (IR) 1 km 800 nm 1 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm les couleurs de l'arc en ciel, est perceptible par l'œil. Les autres ondes électromagnétiques (infrarouge, ultra-violets, ondes radio, micro-ondes, rayons X, rayons gamma) transportent plus ou moins d'énergie. ACE MalOnE WAC λ gig 20 On peut utiliser la lumière pour transporter des informations par fibre optique, les ondes radios pour l'internet... GLO-2 TEAMS Seacom Badprode Lion EASSY Sub-Saharan Undersea Cables SAT3/SAFE 15 130 gigadi La lumière est une onde électromagnétique qui peut se propager dans le vide ou les milieux transparents. 2011 Vitesse de propagation dans le vide: 300 000 km/s. 479 Il existe plusieurs types d'ondes électromagnétiques. Seule la lumière visible, qui contient toutes Apgrading of Célérité du son (en m.s-¹) 340 1500 5000 Can P E Mediterranean Undersea Cables SEA-ME-WE HME-WE pat Fa Carte de câblage des fibres optique