Sujet du brevet 2013 de physique-chimie — Polynésie (Série professionnelle) (série professionnelle)

Exercice 1

1) Dans une solution acide, les ions majoritaires sont les ions hydrogène H⁺ (ils sont plus nombreux que les ions hydroxyde HO⁻).

2) Le pH du sang est compris entre 7,35 et 7,45 : il est supérieur à 7. Le sang est donc une solution basique (très légèrement).

3) En diluant une solution acide avec de l'eau, on la rend moins acide : son pH se rapproche de 7. La valeur du pH va augmenter (en partant de 2, elle reste toutefois inférieure à 7).

4) La lampe brille : le courant circule à travers la limonade. OUI, la limonade est une solution conductrice.

5) NON : seules les solutions qui contiennent des ions conduisent bien le courant. L'eau sucrée ou l'eau distillée, par exemple, ne le conduisent pratiquement pas.

6) La conduction électrique dans les solutions aqueuses s'explique par un déplacement d'ions (dans les métaux, ce sont les électrons qui se déplacent).

7) La formule de l'ion chlorure est Cl⁻ (CH₄ est la molécule de méthane et Cu²⁺ l'ion cuivre II).

Exercice 2

1) La tension se mesure avec un voltmètre, branché en dérivation aux bornes de la pile (ou de la lampe), comme sur le schéma.

Schéma de conversion d'énergie. La pile est un réservoir d'énergie chimique (case centrale, sur la pile). Elle la convertit en énergie électrique (une des deux cases du haut) et en énergie thermique (l'autre case du haut), qui correspond à la chaleur perdue par la pile.

Exercice 1

1) La tension change de signe et sa courbe a la forme d'une vague régulière qui se répète : elle est sinusoïdale.

2) L'axe horizontal correspond au temps (la sensibilité horizontale est donnée en ms/div) ; l'axe vertical correspond à la tension.

3) On surligne un motif complet qui se répète, par exemple d'un sommet au sommet suivant (ou d'un creux au creux suivant).

4) Sur l'écran, deux sommets consécutifs sont séparés de 2 divisions (on compte 5 motifs sur les 10 divisions horizontales de l'écran). Une période dure 2 divisions.

5) $T=\text{nombre de divisions}\times \text{sensibilité horizontale}=2\times 20=40$ ms. T = 40 ms, soit 0,040 s.

6) Le sommet de la courbe est situé 3 divisions au-dessus de l'axe central (et le creux 3 divisions en dessous). U_max correspond à 3 divisions.

7) $U_{max}=\text{nombre de divisions}\times \text{sensibilité verticale}=3\times 2=6$ V. U_max = 6 V.

Exercice 2

1) L'unité d'énergie électrique proposée est le kilowatt-heure (kWh). Le kilowatt est une unité de puissance et le hertz une unité de fréquence.

2) 1 kW = 1 000 W, donc $P=100÷1000=0,1$ kW. P = 0,1 kW.

3) $E=P\times t=0,1\text{ kW}\times 15\text{ h}=1,5$ kWh. La lampe a consommé 1,5 kWh pendant la nuit.

4) L'énergie solaire est une source d'énergie renouvelable : le Soleil la fournit en permanence et elle ne s'épuise pas à l'échelle humaine.

1) Le poids P s'exprime en newtons (N).

2) La masse m s'exprime en kilogrammes (kg).

3) $P=m\times g=0,8\text{ kg}\times 10\text{ N/kg}=8$ N. Le poids de la noix de coco est 8 N.

4) La pomme a une masse de 100 g = 0,1 kg, donc son poids est $P=0,1\times 10=1$ N, plus petit que 8 N. Le poids de la pomme est inférieur à celui de la noix de coco.

5) L'énergie de position augmente avec la hauteur : elle est la plus grande en haut, au moment où la noix se détache.

6) Pendant la chute libre, l'énergie de position se transforme en énergie cinétique : la vitesse de la noix va augmenter.

7) La somme de l'énergie cinétique et de l'énergie de position est appelée énergie mécanique.