Résumés de cours de Physique-ChimieTerminale S

P.-M. CHAURAND

Lycée de Chamalières

Année scolaire 2013-2014

Table des matières

1 Ondes et particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Caractéristiques des ondes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Propriétés des ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Analyse spectrale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Échange de proton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Contrôles de qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Lois de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Mouvements dans les champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Cinétique et catalyse chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1210 Représentation des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1311 Travail et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1412 Relativité restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1513 Transformations organiques I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514 Transformations organiques II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515 Stratégie de synthèse et sélectivité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1616 Dualité onde-particule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1717 Transferts d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1818 Les enjeux énergétiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1919 Développement durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1920 Numérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1921 Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2022 Science et société . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Chapitre 1 1

Chapitre 1

Ondes et particules

Rayonnement Ce terme général va qualifier l’émissionde particules, qu’il s’agisse de photons (consti-tuants en particulier la lumière visible, mais aussiles ondes électromagnétiques), de neutrinos (par-ticules de masse très faible et qui interagissent trèsfaiblement avec la matière) ou de matière « or-dinaire » (en particulier, des protons et des élec-trons).

Cosmique On nomme rayonnement cosmique primaire leflux de particules en provenance de l’espace, ren-contrant les couches hautes de l’atmosphère. Cesparticules ont pour source principale le Soleil, ethors les photons non chargés et les neutrinos demasse très faible, on distingue principalement desprotons et des électrons.

Atmosphère En interagissant avec les atomes et molé-cules de l’atmosphère, ces protons ou électrons durayonnement cosmique primaire créent des réac-tions nucléaires à l’origine de gerbes de particules.Parmi toutes les particules émises, des muons, sem-blables à des électrons, mais avec une masse plusélevée, atteignent le sol.

Fenêtres de transparence Tous les photons en prove-nance du Soleil (et éventuellement d’autres astres)ne se retrouvent pas au niveau du sol. Certains sontarrêtés par l’atmosphère. On parle de fenêtre detransparence pour qualifier les bandes de fréquencepour lesquelles les ondes électromagnétiques tra-versent l’atmosphère, essentiellement dans le do-maine radio et une (petite !) bande dans le do-maine visible.

Protection L’opacité de l’atmosphère nous protège d’unepartie des photons gamma, X et UV. Le champ ma-gnétique terrestre nous protège des particules char-gées, principalement protons et électrons, dont unepartie plonge aux pôles en émettant à l’occasion demagnifiques aurores boréales.

Sources Le Soleil est la source principale de rayonne-ments radio, UV, visible ou infrarouge.Une ampoule à filament ou à incandescence est unesource d’infrarouge et de visible. Les diodes laserutilisées dans les lecteurs de CD sont des émetteursd’infrarouge (les diodes laser des lecteurs de DVDet de Blu ray sont dans d’autres longueurs d’ondes).Les tubes fluorescents ou « néons » émettent desUV par excitation du gaz placé entre les deux élec-trodes, UV absorbés par la couche opaque qui re-couvre le verre du tube et qui réémet de la lumièrevisible dans plusieurs bandes de fréquence.

Onde Une onde correspond au déplacement d’une pertur-bation, contenant de l’énergie, sans déplacementnet de matière.

Onde mécanique Une onde mécanique se propage dansun milieu matériel ; la perturbation associée àl’onde fait intervenir un mouvement local de la ma-tière. La matière revient à sa position d’origine dèsque l’onde s’est propagée. Le son, les séismes, lahoule sont des exemples d’ondes mécaniques.

Transversale Une onde est dite transversale quand la di-rection de la perturbation est perpendiculaire à ladirection de propagation. Exemples : houle, ondessismiques.

Longitudinale Une onde est dite longitudinale quand ladirection de la perturbation est parallèle à la di-rection de propagation. Exemples : son, ondes sis-miques (on distingue les ondes sismiques longitu-dinales des transversales).

Puissance La puissance P en watt (W) est égale à l’éner-gie E en joule (J) consommée ou dissipée par unitéde temps, c’est-à-dire pendant la durée ∆t en se-conde (s) :

P =E

∆t

Intensité L’intensité I en watt par mètre carré (W ·m−2)d’une onde est égale à la puissance véhiculée Ppar unité de surface S en mètre carré (m2) :

I =P

SNiveau Le niveau (ou level en anglais), noté L, exprimé en

décibel (symbole dB), est relié à l’intensité I par :

L= 10 · log

�

I

I0

�

I0 est l’intensité de référence, dont la valeur seratoujours donnée (en général, c’est l’intensité mini-male que le détecteur d’ondes peut mesurer).

Détecteurs d’ondes On procède par exemple :— l’œil est un détecteur d’ondes électromagné-

tiques visibles, dans ce qui est appelé le do-maine du visible (longueur d’onde entre 380 et760 nm) ;

— les photodiodes sont en général (trop) sensiblesà l’IR proche, en sus du visible ;

— l’oreille est un détecteur d’ondes sonores, dansce qui est appelé le domaine de l’audible (de20 Hz à 20 kHz) ;

2 Chapitre 2

— un microphone est un détecteur d’ondes so-nores, la surpression ou le déplacement des mo-lécules est converti en tension électrique ;

— un sismomètre a pour but de détecter les ondessismiques...

Détecteurs de particules On procède par exemple :

— une plaque photographique « argentique » estun excellent détecteur de photons et de parti-cules ionisantes ;

— un compteur Geiger permet aussi de détec-

ter le passage d’une particule ionisante (élec-tron, proton, particule alpha ou noyau d’hé-lium, muon...) ;

— le cosmodétecteur du CPPM de Marseille, avecses raquettes de matériau scintillant, permetaussi de détecter les particules ionisantes ;

— les scintillateurs, les chambres à fils ou trajec-tomètres, les calorimètres ou absorbeurs d’unaccélérateur de particules comme celui du LHCau CERN (Génève) permettent une identifica-tion des particules produites lors des chocs.

Chapitre 2

Caractéristiques des ondes

Célérité La célérité v d’une onde, en mètre par seconde(m · s−1), est donnée par (notations évidentes) :

v =d

t

Onde progressive Une onde progressive correspond audéplacement d’une perturbation sans déformation.La perturbation d’un point du milieu à l’instant t estidentique à celle de la source au temps t′ = t − τ,τ étant le retard du point par rapport à la source(définition valable aussi entre deux points quel-conques).Espace & temps sont alors liés, puisque l’on re-trouve la même forme d’onde plus loin, un peu plustard, une fois qu’elle a « progressé ».

Latis Pro Vous devez être aptes à mener des mesures dedistances, de vitesses et de retards, sur des chro-nophotographies ou sur des enregistrements, éven-tuellement avec l’aide d’un logiciel (comme LatisPro au lycée).

Oscilloscope Vous devez être capable de mesurer le re-tard d’un clap sonore ou d’une salve d’ultrasons àl’aide d’un oscilloscope. Notez bien que deux mon-tages sont possibles, suivant que l’on dispose d’unou de deux récepteurs.

Onde progressive périodique Une onde progressive pé-riodique a toutes les caractéristiques de l’onde pro-gressive, avec en plus un caractère périodique.Il faut savoir reconnaître une telle onde (mettreen évidence la répétition d’un motif élémentaire),et savoir mesurer sa période T (qui est la duréed’émission d’un motif élémentaire) le plus préci-sément possible (typiquement, sur plusieurs pé-riodes).

Période temporelle Chaque point du milieu subit lamême perturbation à intervalles de temps égauxà T.

Période spatiale La même perturbation se reproduitidentique à elle-même dans la direction de propa-gation. La plus petite distance entre motifs iden-tiques consécutifs est la période spatiale. Il est en-core plus correct de dire que la longueur d’onde estla plus petite distance entre deux points en phase.

Cas des ondes sinusoïdales Une onde progressive pério-dique est dite sinusoïdale si l’évolution périodiquede la source peut être associée à une fonction sinu-soïdale.

Longueur d’onde La période spatiale est appelée lon-gueur d’onde et notée λ, en mètre (m). Le lienentre période spatiale λ et période temporelle T enseconde (s) fait intervenir la célérité v de l’onde :

λ= vT ou λ=v

f

Réfraction La réfraction d’une onde est le changement desa direction de propagation lors du changement demilieu. Loi de Descartes :

n1 sin i1 = n2 sin i2

Ce phénomène s’explique par la différence de célé-rité de l’onde en fonction du milieu.

Dispersion Le milieu est dispersif si la célérité des ondesdépend de leur fréquence.Un bon exemple est le verre ou l’eau, faiblementdispersifs pour la lumière visible, ce qui explique ladispersion par un prisme ou par des gouttes d’eau(spectre de la lumière blanche ou « arc-en-ciel »).

Un bon contre-exemple est le son dans l’air, donc lapropagation est très agréablement non dispersive(sons aigus et sons grave ont même célérité).

Analyse spectrale Consiste à décomposer un signal enune somme de sinus, par un procédé appelé « trans-formé de Fourier » (TFT en abrégé). On obtient un

Chapitre 3 3

spectre : en abscisse (axe horizontal), la fréquence,en ordonnée (axe vertical), l’amplitude, permettantde juger d’un coup d’œil de l’importance de telle outelle fréquence dans l’onde totale.

Ceci permet de remonter aux fréquences de réso-nance de la source de l’onde.

Perception sonore Un son est caractérisé par trois per-ceptions : hauteur, timbre et intensité. Chaque per-ception physiologique correspond à une mesurephysique :

— la hauteur correspond à la fréquence du fonda-mental du son ;

— le timbre correspond aux amplitudes relativesdes harmoniques dans le spectre ;

— l’intensité correspond à l’amplitude de la vibra-tion sonore reçue.

Transitoires Les transitoires d’attaque et d’extinctionsont importantes quant à la perception finale don-née par un son.

Reconnaître Timbre & transitoires d’un son dépendentfortement de l’instrument utilisé pour produire leson. Ainsi le timbre permet de reconnaître l’instru-ment.

Bruit ou note Un spectre permet de faire la différenceentre :

— un bruit « blanc » : aucune fréquence ne ressortplus qu’une autre ;

— une note (des pics multiples dont les fréquencesfn sont multiples entier d’une fréquence fonda-mentale f1, tel que :

fn = n f1

Chapitre 3

Propriétés des ondes

Diffraction La diffraction est l’étalement des directionsde propagation de l’onde lors de sa rencontre avecun obstacle ou une ouverture. Cet étalement estd’autant plus marqué que les dimensions de l’obs-tacle ou de l’ouverture sont proches de la longueurd’onde (le signe ∼ signifiant « du même ordre degrandeur ») :

d ∼ λ

Description de la lumière Le phénomène de diffractionde la lumière prouve qu’elle peut être décritecomme une onde. La notion de dualité onde-corpuscule sera abordée plus tard.

fais

ceau

lase

r θ ℓ

2

D

Fentehorizontale

Figure dediffractionverticale

a

Ouverture du faisceau diffracté Le demi-diamètre ap-parent — ou demi-ouverture angulaire θ d’un fais-ceau de lumière de longueur d’onde λ, diffracté par

une fente ou un fil de dimension a, est donnée parla relation :

θ =λ

a

où θ est un angle exprimé en radians (rad), λ et a

étant des longueurs en mètres (m).

Figure de diffraction La figure de diffraction obtenue estla suivante (une tache centrale de diffraction et destaches latérales) :

ℓ

La largeur ℓ de la tâche centrale de diffractionest mesurée au niveau des points de lumière nulle(extinction), pas au niveau des limites apparentesde la tâche, qui dépendent des conditions d’éclai-rage ! Cette largeur ℓ est double des interfrangesdes tâches latérales.

La largeur ℓ de la tâche est d’autant plus grandeque la largeur a de l’obstacle ou de la fente est pe-tite, et que la longueur d’onde λ de la lumière estgrande.

Conditions La diffraction est toujours présente ; néan-moins, afin que le phénomène soit bien visible, onest amené à utiliser deux ou trois petites astucesexpérimentales (comme augmenter la distance Dpour que la tâche de diffraction soit plus grosses).Vous devez savoir identifier les situations physiques

4 Chapitre 3

où il est pertinent de prendre en compte le phéno-mène de diffraction !

Lumière monochromatique Une lumière monochroma-tique est une onde électromagnétique de fréquenceunique (notée ν, lettre grecque « nu », notationéquivalente à f mais en plus snob).

Lumière polychromatique Une lumière polychroma-tique est un ensemble d’ondes électromagnétiquesde fréquences différentes.

Spectre visible Le spectre visible correspond à des ondesélectromagnétiques de longueurs d’onde dans levide comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm(rouge) environ. En dessous de 400 nm, on parled’ultraviolets ; infrarouges au-dessus de 800 nm.

Propagation de la lumière La lumière est une onde élec-tromagnétique, qui n’a pas besoin d’un milieu ma-tériel pour se propager. La propagation est doncpossible autant dans le vide que dans les milieuxtransparents.

Longueur d’onde dans le vide La longueur d’onde λ0 dela lumière dans le vide est liée à la fréquence ν età la célérité c dans le vide, par la relation :

λ0 =c

ν

Longueur d’onde dans un milieu Dans un milieu où lacélérité de la lumière est v, la longueur d’onded’une onde lumineuse de fréquence ν vaut :

λ =v

ν

Caractéristiques d’une onde La fréquence et la périoded’une radiation monochromatique sont des carac-téristiques constantes de l’onde ; elles ne changentpas lors du passage d’un milieu transparent à unautre. En revanche, célérité et longueur d’onde dé-pendent du milieu.

Milieux dispersifs Les milieux transparents sont plusou moins dispersifs pour les ondes électromagné-tiques ; la vitesse ou célérité de l’onde dépend alorsde la fréquence de celle-ci.

Indice d’un milieu L’indice n d’un milieu transparents’exprime comme le rapport de la célérité de la lu-mière dans le vide c, par cette célérité v dans lemilieu considéré :

n=c

vet n¾ 1 puisque v ¶ c

Longueurs d’onde Pour une même radiation monochro-matique de fréquence ν, on a la relation :

λ0 =c

νet λ=

v

ν⇒ n=

λ0

λ

⇔ λ0 = nλ

Superposition Dès lors que le milieu considéré est li-néaire, ce qui est le cas pour la lumière ou le sonjusqu’à des intensités dantesques, deux ondes aumême point s’additionnent algébriquement.

Interférences Puisque l’addition est algébrique, deuxondes peuvent se renforcer (interférences construc-tives) en certains points et s’annuler (interférencesdestructives) en d’autres points.

On peut avoir en particulier lumière + lumière= ombre, dans le cas des ondes lumineuses. Ceciest parfaitement clair et ne doit pas être considérécomme un point obscur.

Conditions Les interférences ont toujours lieu ; néan-moins, afin que le phénomène soit bien visible, onest amené à utiliser deux ou trois petites astucesexpérimentales (comme augmenter la distance Dpour que les franges soient plus larges). Vous devezsavoir identifier les situations physiques où il estpertinent de prendre en compte les interférences !

Plus précisément, les deux ondes qui interfèrentdoivent être de même fréquences. Pour les ondeslumineuses, comme elles sont formées de trainsd’ondes de durée limitée et décorrélés entre eux,les deux ondes doivent aussi avoir un déphasageconstant entre eux.

Chemin optique Noté δ, c’est le trajet parcouru par la lu-mière, donc une longueur, éventuellement multi-pliée par l’indice n= c/v du milieu.

Constructives Les interférences sont constructives si lesdeux ondes qui interfèrent ont parcouru un cheminmultiple de leur longueur d’onde :

δ = k ·λ

Destructives Les interférences sont destructives si lesdeux ondes qui interfèrent ont parcouru un chemindemi-multiple de leur longueur d’onde :

δ =

�

k+1

2

�

·λ

Effet Doppler Si la source et le récepteur sont en mouve-ment relatif l’un par rapport à l’autre, la fréquenceperçue par le récepteur sera plus faible si le récep-teur s’éloigne de la source, et plus élevée si le ré-cepteur s’en approche. Vous devez savoir mesurerune vitesse par effet Doppler.

Redshift L’Univers est en expansion. Les astres les pluslointains sont ceux dont le mouvement relatif est leplus rapide (ce sont aussi les plus anciens, puisquevoir loin, c’est voir dans le passé). Le décalage desraies spectrales porte le nom de « redshift » et per-met donc de trouver la distance et la vitesse del’astre observé.

Chapitre 4 5

Chapitre 4

Analyse spectrale

Couleur d’une solution Une solution est colorée si elleabsorbe une partie des radiations de la lumièreblanche. La couleur observée est la couleur com-plémentaire de la couleur absorbée.

rouge

cyan

680 nm

500 nm

mag

enta

vert

400

nm

540

nm

jaune

bleu

580nm

470nm

Le spectrophotomètre Il est basé sur l’absorption de lalumière par une solution transparente contenantdes espèces colorées (ou tout au moins absorbantdans l’UV ou dans l’IR). Il permet de mesurer unegrandeur A appelée absorbance, positive, qui peutêtre supérieure à un (A = 0 pour une absorbancenulle, A= 1 si 1/10ème de la lumière traverse, A= 2pour 1/100ème, A= 3 pour 1/1000ème, etc.

Loi de Beer-Lambert À une longueur d’onde λ donnée,la relation entre l’absorbance A d’une solution et saconcentration c en espèce colorée est donnée par :

A= ǫ · ℓ · c

où ǫ est le coefficient d’extinction molaire, typiquede chaque espèce colorée, et ℓ est la longueur desolution traversée par le faisceau lumineux. On aainsi, dans l’hypothèse de concentrations faibles,proportionnalité entre l’absorbance A et la concen-tration c en espèce colorée :

A= k · c

Spectre Le graphique représentant l’absorbance A enfonction de la longueur d’onde λ est appelé spectrede la solution. Par exemple voici le spectre d’unesolution de diiode I2 (aq), colorée en brun-jaune.On constate que cette solution absorbe dans l’ul-traviolet, le violet et le bleu, avec un maximumd’absorption à λmax = 350 nm. L’étoile des cou-leurs complémentaires que je propose pour l’ins-tant est assez approximative, car on devrait retrou-ver la couleur jaune-brun de la solution.

0

0,5

1,0

1,5

2,0

300 400 500 600 700 800 900

λ (nm)

Absorbance A

λmax = 350 nm

Spectroscopie IR En raison de vibrations de résonancedes liaisons des molécules, ces dernières absorbentde l’énergie dans différentes bandes de fréquencesen lumière IR, bandes qui sont par conséquent ca-ractéristiques de la présence de tel ou tel type deliaison.

Le spectre IR a ceci de différent par rapportau spectre en absorbance, qu’il utilise le nombred’onde σ en abscisse :

σ =1

λ

souvent exprimé en inverse du centimètre (cm−1),et la transmittance en ordonnée, en pourcentage.Voici quelques extraits de spectre qui illustrent lesformes de raies rencontrées en général :

0

50

100

Tran

smit

tanc

e(%

)

Nombre d’onde (cm−1)

4 000 3 000 2 000 1 500 1 000 500

1 2

En bref, il suffit de repérer la position des bandesd’absorption, si elles sont larges 1© ou fines 2©, sielles sont intenses 3© ou faibles 4©, et d’aller com-parer avec un tableau.

6 Chapitre 5

0

50

100

Tran

smit

tanc

e(%

)

Nombre d’onde (cm−1)

4 000 3 000 2 000 1 500 1 000 500

3 4

Spectroscopie RMN Le noyau d’un atome d’hydrogèneest formé d’un seul proton. Ce dernier présente unspin qui peut interagir avec un champ magnétiqueextérieur. Ce spin peut même se coupler avec ce-lui d’autres protons voisins dans la molécule (c’estla fête). On observe des pics dont la position (ledéplacement chimique δ) dépend directement del’environnement électronique entourant les protons(figure : déplacement chimique du spectre 5© plusfort que celui du spectre 6©).

3 2 1 0δ

65

TMS

En bref, il suffit de repérer la position des pics, no-ter leur multiplicité éventuelle (directement liée aunombre de protons voisins avec lesquels ils peuventse coupler), noter l’aire ou intégrale (proportion-nelle au nombre de protons de même environne-ment électronique), et d’aller comparer avec un ta-bleau (figure : 7© singulet, 8© duet, 9© triplet).

3 2 1 0δ

987TMS

En particulier, si on observe n + 1 pics, c’est quele(s) proton(s) considéré(s) est (sont) couplé(s) àn autre(s) proton(s) (règle dite « des n+1-uplets »).

Chapitre 5

Échange de proton

Brönsted Un acide « au sens de Brönsted » est une espècecapable de céder un proton H+. Inversement unebase est une espèce capable de capter un proton.

Le pH et sa mesure Le pH est lié à la concentration desions oxonium H3O+ par :

pH = − log[H3O+]

Solution d’acide chlorhydrique Dans une telle solution,on a vu en TP que : [H3O+] = c, l’acide est dit fort

car totalement dissocié.

Solution d’acide éthanoïque Dans une telle solution, ona vu en TP que [H3O+]< c, l’acide est dit faible carpartiellement dissocié.La transformation entre l’acide éthanoïque et l’eaun’est pas totale, elle conduit à un équilibre :

CH3COOH(aq) + H2O

(ℓ)⇄ CH3COO−

(aq) + H3O+(aq)

Équilibre chimique Une transformation non totale et ré-versible donne lieu à un équilibre chimique, c’est-à-dire une situation dans laquelle les réactifs et

les produits coexistent à des concentrations fixes,constantes.On utilise une double flèche (⇄) pour indiquerl’existence d’un équilibre dans une équation-bilan.La simple flèche (→) est une réaction totale, laflèche inverse (←) est une réaction totale, maisécrite dans l’autre sens.

Équilibre dynamique À l’état d’équilibre, il y a constam-ment des réactifs qui se transforment en produits

(sens1→) et inversement des produits qui se trans-

forment en réactifs (sens2←).

Les vitesses de ces deux transformations étantégales, les concentrations respectives des réactifs etdes produits restent constantes et fixes.

Taux d’avancement Le taux d’avancement τ d’une réac-tion est le quotient de l’avancement final par l’avan-cement maximal :

τ =xf

xmax

Pour une réaction totale, xf = x max et τ = 1 ou

Chapitre 5 7

100 %. Sinon xf < x max et τ< 1.

Concentration molaire La concentration molaire c, enmole par litre (mol ·L−1), est égale à la quantitéde matière n en mole (mol) divisée par le volumeV en litre (L) :

c =n

V

Concentration massique La concentration massique t,en gramme par litre (g ·L−1), est égale à la masse m

en mole (mol) divisée par le volume V en litre (L) :

t =m

V

Et du coup :

n=m

M⇒ c =

t

M

Conductance La conductance G en siemens (S) d’une so-lution est proportionnelle à la conductivité σ ensiemens par mètre (S ·m−1) :

G= k ·σ avec k =S

ℓ

Conductivité La conductivité σ d’une solution électroly-tique est liée aux concentrations molaires Ci desions par la relation :

σ =∑

i

�

�zi

�

�λiCi

où les λi sont les conductivités molaires partiellesdes ions, et zi la charge de chaque ion (

�

�zi

�

� = 1voir 2, exceptionnellement 3 — bien prendre la va-leur absolue, pour ne pas compter négativement lacontribution des anions...).

Seuls les ions participent à la conductivité dans unesolution.

Unités La conductivité σ s’exprime en siemens parmètre (S ·m−1), λi en siemens mètre carré, parmole (S ·m2 ·mol−1), Ci en mole par mètres cube(mol ·m−3) — des conversions entre les mol ·L−1

et les mol ·m−3 sont souvent nécessaires.

Autoprotolyse L’eau est partiellement ionisée selonl’équation :

2 H2O(ℓ)⇄ H3O+

(aq) + OH−(aq)

appelée autoprotolyse de l’eau. Cet équilibre est ca-ractérisé par une constante d’équilibre appelée pro-duit ionique de l’eau, et notée Ke, telle que :

Ke = [H3O+][OH−]

À 25oC, Ke = 1,0× 10−14.

Notation p On note :

pKe = − logKe et pKA = − logKA

À 25oC, pKe = 14,0. Donc à cette température par-ticulière, pH < 7 pour un milieu acide, pH = 7 pourun milieu neutre, pH> 7 pour un milieu basique.

Calcul du pH À partir de la concentration en ions oxo-nium :

pH = − log[H3O+]

À partir de la concentration en ions hydroxyde :

pH = pKe + log[OH−]

Vous devez savoir démontrer cette formule à par-tir des précédentes — il s’agit d’une interdiction del’apprendre par cœur !

Échelle d’acido-basicité Une solution est :

— acide si [H3O+]> [OH−] ;— basique si [H3O+]< [OH−] ;— neutre si [H3O+] = [OH−].

Repérer l’acidité ou la basicité par rapport à pH =pKe/2 = 7 est valable uniquement exactement à25oC, où pKe = 14,0.

Acide sur l’eau L’équation de la réaction d’un acide AHsur l’eau s’écrit, A− étant la base conjuguée :

AH(aq) + H2O

(ℓ)⇄ A−

(aq) + H3O+(aq)

La constante d’équilibre de cette équation est notéeKA et est appelée constante d’acidité :

KA =[A−][H3O+]

[AH]

Relation Vous devez savoir démontrer la relation :

pH= pKA + log[A−]

[AH]

Domaines de prédominance Vous devez être capable,connaissant le pH d’une solution aqueuse et lepKAdu couple acide/base, d’indiquer l’espèce pré-dominante :

— Si pH < pKA− 1 ⇒ AH prédomine ;— Si pH > pKA+ 1 ⇒ A− prédomine.

Diagramme de prédominance Il s’agit simplement deplacer la valeur du pKA et les deux domaines deprédominance acide pH < pKA−1 et basique pH >pKA + 1.

pH

AH A−

pKA−

1

pKA+

1

pKA

8 Chapitre 6

Diagramme de distribution Exemple pour le coupleentre l’acide éthanoïque CH3COOH et l’ion étha-noate CH3COO−, tels que pKA = 4,8 :

[CH3COOH] [CH3COO−]

pH0 %

50 %

100 %

0 %

50 %

100 %

0 3,5 7 10,5 14

acide

base

Ce diagramme est rarement utilisé, mais je le

trouve très joli et maintenant que je me suis embêtéà le dessiner à l’ordinateur cela me coûte de l’ef-facer. Il montre bien que dans certains domaines,on est à 100 % de forme acide ou 100 % de formebasique... Remarquez en particulier sur l’exempleproposé que cela n’a rien à voir avec le fait que lepH soit inférieur ou supérieur à 7 !

Sécurité On verse toujours l’acide dans l’eau et pas l’eaudans l’acide. C’est la même chose avec les bases,d’ailleurs. L’idée est d’éviter les projections d’acideou de base purs...

Effets Les réactions acido-basiques sont généralement ra-pides et exothermiques. Ce dernier terme signifieen pratique que la température de la solution peutaugmenter !

Chapitre 6

Contrôles de qualité

Titrage à l’aide d’un spectrophotomètre

• On trace le spectred’absorption, courbeA= f (λ) d’une solutioncontenant l’espèce co-lorée, et l’on recherchela longueur d’ondeλmax correspondant aumaximum d’absorption. λ

AAmax

λmax0

• À partir de solutionsétalons de concen-trations connues, onmesure l’absorbance dechaque solution et l’ontrace la droite d’étalon-nage A = f (c) pour lalongueur d’onde λmax. c

A

b

b

b

b

AS

cS0

• On mesure alors l’absorbance AS de la solution in-connue, et on en déduit sa concentration cS par lec-ture graphique sur la droite d’étalonnage ci-dessus.

Réaction de dosage Une réaction de dosage doit être to-tale, unique, rapide, avec une équivalence facile àrepérer.

Équivalence À l’équivalence, les réactifs titrant et ti-tré ont été introduits en proportions stœchiomé-triques. Il ne reste aucun des deux réactifs, ils ontété intégralement consommés. On dit aussi que l’ona un changement du réactif limitant (avant l’équi-valence, le réactif limitant est le réactif titrant ; c’estle réactif titré après l’équivalence).

Indicateur coloré Un indicateur coloré acido-basique estune espèce dont la couleur des formes acide HInd

et basique Ind− sont différentes.

Dans la zone de virage, pKA−1< pH < pKA+1, lesformes acides et basiques sont en concentrationsproches, l’indicateur a sa teinte sensible, mélangedes couleurs des teintes acide et basique.

Choix d’un indicateur À partir d’une courbe pH = f (V),vous devez être capable de choisir un indicateurcoloré adapté au dosage colorimétrique. Pour avoirun virage à la goutte près, le saut de pH doit êtredans la zone de virage de l’indicateur.

Repérage de l’équivalence Le point E d’équivalence estun point d’inflexion de la courbe pH = f (V) : laconcavité de la courbe change en ce point. Onpeut repérer ce point par la méthode des tangentes(avec deux parallèles tangentes à la courbe de partet d’autre du point équivalent, et une troisième pa-rallèle à égale distance des deux autres et qui coupela courbe en E).

Le volume à l’équivalence VE s’obtient aussi en re-pérant le maximum de la courbe dérivée :

dpH

dV= g(V)

Par intersection de VE avec la courbe de pH, onplace alors le point équivalent.

pH à l’équivalence Le pH à l’équivalence vaut :

— 7 pour un dosage acide fort-base forte ; le pointd’équivalence s’obtient ;

— Supérieur à 7 pour un dosage acide faible-baseforte ;

— Inférieur à 7 pour un dosage acide fort-basefaible.

Chapitre 7 9

Chapitre 7

Lois de Newton

Référentiel Le mouvement d’un corps est défini par rap-port à un référentiel, constitué d’un solide de ré-férence auquel est lié un repère, et d’une horloge.On repère ainsi la position d’un corps, à une datedonnée.

Trajectoire La trajectoire dépend du référentiel choisi : lemouvement est relatif au référentiel.

Vitesse moyenne La vitesse moyenne est le quotient dela distance d parcourue pendant la durée t du dé-placement :

v =d

t

Vitesse instantanée La vitesse instantanée d’un point Men Mi peut être approchée par la vitesse moyenneentre deux positions Mi−1 et Mi+1 encadrant Mi :

vi =Mi−1Mi+1

t i+1 − t i−1

Vecteur vitesse Le vecteur vitesse −→v est la dérivée parrapport au temps du vecteur position :

−→v = lim

∆t→0

∆−→OM

∆t=

d−→OM

dt

Ce vecteur a une valeur notée v = ||−→v ||, appeléevitesse, en mètres par seconde (m · s−1). Ses autrescaractéristiques sont sa direction, tangent à la tra-jectoire, et son sens, toujours celui du mouvement.

Vecteur accélération Le vecteur accélération −→a est ladérivée par rapport au temps du vecteur accéléra-tion :

−→a = lim

∆t→0

∆−→v

∆t=

d−→v

dt

Ce vecteur a une valeur notée a = ||−→a ||, appeléeaccélération, en mètres par seconde carrés (m · s−2).Ses autres caractéristiques sont sa direction et sonsens.

4 caractéristiques Une force est représentée par un seg-ment fléché, appelé vecteur force, de quatre carac-téristiques :

— sa direction ;— son sens ;— son point d’application ;— sa valeur, exprimée en newtons, de symbole N.

L’accélération relie mouvement et force Le mouve-ment d’un corps peut être modifié si le corps su-bit une action mécanique, modélisée par une force.Tout le détail de cette formulation est contenu dansle mot « modifié », c’est-à-dire qu’appliquer uneforce va faire varier la vitesse, c’est-à-dire créerune accélération ou une décélération.

L’inertie relie masse et force L’effet d’une force appli-quée sur un corps dépend de sa masse. L’effetd’inertie est même rigoureusement proportionnel :il faut appliquer une force d’intensité double pourle même mouvement quand on double la masse.

Isolé ou pseudo-isolé Il est équivalent d’énoncer : « uncorps est soumis à des forces qui se compensent »(= système pseudo-isolé) et « un corps n’est sou-mis à aucune force » (= système isolé).

Énoncé du Principe d’inertie

« Un système persévère dans son état de repos oude mouvement rectiligne uniforme si les forces quis’exercent sur lui se compensent ou sont nulles. »

∑ −→Fext =

−→0 ⇒ −→

v =−→cte

Cette formule est appelée « première loi de New-ton ». Elle permet de trouver le mouvement d’unobjet connaissant toutes les forces qui s’appliquent,dans le cas ou leur somme est nulle.

Réciproque du Principe d’inertie

« Si un système persévère dans son état de reposou de mouvement rectiligne uniforme, cela signi-fie que les forces qui s’exercent sur ce système secompensent ou sont nulles. »

−→v =

−→cte ⇒∑ −→

Fext =−→0

Lien entre force, masse et mouvement La résultante (=la somme nette de tous les vecteurs) des forcesextérieures appliquées est égale au produit de lamasse par la variation du vecteur vitesse de mou-vement du centre d’inertie G :

∑ −→Fext = m

d−→v

dt= m

d−→a

dt

En d’autres termes, les effets d’une force peuventêtre une variation dans le mouvement d’un objet. Àcontrario, il n’y a pas forcément de lien entre mou-vement et force appliquée — penser à l’exempledu mouvement perpétuel qui perdure pour un corpsisolé.

10 Chapitre 7

Cette formule est appelée « deuxième loi de New-ton ». Elle permet de trouver le mouvement d’unobjet connaissant toutes les forces qui s’appliquent,dans le cas général.

Quantité de mouvement Par définition, le vecteur quan-tité de mouvement −→p est donné par le produit dela masse m du système par le vecteur vitesse −→v :

−→p = m

−→v

1ère loi de Newton Si la résultante des forces extérieuresappliquées à un corps est nulle, ce dernier a unequantité de mouvement qui se conserve :

∑ −→Fext =

−→0 ⇔ −→

p =−→cte

Il s’agit d’une généralisation du Principe d’inertiequi a l’avantage d’être valable pour les systèmesdont la masse varie (particules dans un accéléra-teur, fusée...).

2eme loi de Newton La résultante des forces extérieuresappliquées à un corps est égale à la dérivée de laquantité de mouvement :

∑ −→Fext =

d−→p

dt

Il s’agit d’une généralisation de la loi déjà donnéeci-dessus, qui a l’avantage d’être valable pour lessystèmes dont la masse varie (particules dans unaccélérateur, fusée...). Si la masse est constante, onpeut « sortir » la constante m de la dérivée, avec−→p = m

−→v :

∑ −→Fext =

d(m−→v )

dt= m

d−→v

dt= m−→a

On peut aussi appeler cette loi « Principe Fonda-mental de la Dynamique » (PFD en abrégé).

3eme loi de Newton La force−→FA/B exercée par un corps A

sur un corps B, est égale et opposée à la force−→FB/A

exercée par le corps B sur le corps A :

−→FA/B = −

−→FB/A ⇔

−→FA/B+

−→FB/A =

−→0

En conséquence, ces deux forces ont même direc-tion (la droite reliant les centres d’inertie A et Bdes corps), sens opposés et même valeur.

Cette loi est aussi appelée loi des actions réci-

proques.

Référentiels Pour appliquer les lois de Newton, il faut seplacer dans un référentiel galiléen.

Un référentiel est un repère, associé à une horloge.Cet ensemble permet de repérer un corps autant

dans l’espace (repère (Ox yz)) que dans le temps(date t sur l’horloge).

Un référentiel est galiléen quand on peut négligerles mouvements des masses qui entourent le réfé-rentiel. Plus prosaïquement, on peut dire qu’un ré-férentiel est galiléen quand on peut appliquer leslois de Newton.

Appliquer du PFD

1. Choisir le système sur lequel l’étude va porter ;

2. Choisir le référentiel, que l’on prendra galiléen ;

3. Faire l’inventaire des forces extérieures appli-quées au système ;

4. Écrire le PFD ;

5. Projeter l’expression vectorielle sur des axesconvenablement choisit.

Exploitation Vous devez savoir exploiter une série dephotos (chronophotographie), un film (pointés surune vidéo) ou un enregistrement (table à coussind’air) :

— Reconnaître si le mouvement du centre d’inertieest rectiligne uniforme ou pas ;

— Déterminer les vecteurs vitesse et accélération ;— Mettre en relation accélération et somme des

forces.

Importance des C. I. Vous devez comprendre que toutela physique d’un problème est contenue d’une partdans l’écriture de la deuxième loi de Newton (équa-tion différentielle du second ordre), d’autre partdans les conditions initiales (position & vitesse). Àpartir de ces données, vous pouvez prévoir le mou-vement du système à toutes les dates ultérieures(donc vous pouvez prévoir le futur !).

Équations paramétriques Vous devez être capable de re-trouver les équations horaires paramétriques x(t),y(t) et z(t) à partir de l’application de la secondeloi de Newton.

Poussée d’Archimède Pour un corps de masse volumiqueρ, déplaçant un volume Vfluide de fluide de massevolumique ρfluide, la poussée d’Archimède est :

−→Π = −ρfluideVfluide

−→g

Frottements fluides Les forces de frottement fluides sontdécrites par une loi phénoménologique, les deux casles plus simples étant une dépendance linéaire ouquadratique avec la vitesse v :

−→f = −k

−→v ou

−→f = −kv

−→v

Traditionnellement, on réserve la première formuleaux vitesses faibles, la seconde aux vitesses plus

Chapitre 8 11

élevées, ce que l’on entend par faible ou élevé res-tant à préciser (car dépendant de très nombreuxfacteurs).

Dans tous les cas, la force de frottement est tan-gente et opposée au mouvement.

Document expérimental Sur un document expérimentalreproduisant la trajectoire d’un projectile, vous de-vez être capable de :

— tracer le vecteur vitesse initial −→v 0 et détermi-ner sa norme v0 et l’angle α par rapport à l’axehorizontal ;

— tracer les vecteurs vitesses et accélération ;— déterminer les caractéristiques du vecteur accé-

lération.

Lois de Képler

1. Les planètes ou satellites décrivent des or-bites elliptiques, l’astre attracteur étant l’un desfoyers de l’ellipse ;

2. Les aires balayées par le segment reliant le sa-tellite à l’astre attracteur pendant des duréeségales sont égales ;

3. Le rapport entre le carré de la période de révolu-tion T et le cube du demi-grand axe a de l’orbiteelliptique est constant :

T2

a3= k

Cette dernière loi a été démontrée dans le coursà partir de la deuxième loi de Newton.

Circulaire uniforme La trajectoire d’un tel mouvementest un cercle, décrit à vitesse constante (le vec-teur vitesse change constamment de direction, touten restant tangent à la trajectoire et de valeurconstante).

Ce mouvement a lieu sous l’effet d’une force ra-

diale, c’est-à-dire dirigée selon le rayon de la trajec-toire circulaire, et la vitesse initiale est non nulle.

Le vecteur accélération est alors centripète, c’est-à-dire dirigé vers le centre du cercle. Sa valeur est :

a =v2

r

Gravitation universelle Deux corps dont la répartitiondes masses est à symétrie sphérique, de centres A etB, et dont la distance d = AB est grande devant leurtaille, exercent l’un sur l’autre une force attractive :

−→FB/A = −

−→FA/B = G

mAmB

d2−→uAB

où −→uAB est un vecteur unitaire, porté par la droite(AB), dirigé de A vers B.

Géostationnaire Un satellite est géostationnaire s’il par-court son orbite dans le plan équatorial de la Terre,dans le même sens et avec la même période que larotation propre de la Terre.

Ces conditions impliquent une immobilité par rap-port à un point du sol, et une altitude de 36 000 kmenviron à la verticale de l’équateur.

Chapitre 8

Mouvements dans les champs

Force de pesanteur Le vecteur poids s’écrit−→P =m

−→g . Il

ne faut pas confondre cette formule avec celle don-nant la quantité de mouvement −→p = m

−→v , qui n’a

absolument aucun rapport (les deux s’ignorent su-perbement et ne se parlent pas).

Chute libre verticale Cas théorique, elle correspond àune chute sous le seul effet de la pesanteur. Vousdevez savoir qu’elle correspond à un mouvementrectiligne uniformément accéléré :

−→a =

−→g

Vous devez savoir mener la résolution analytique

de bout en bout, pour aboutir in fine à l’équation

horaire du mouvement après double intégration.

Mouvement plan Le mouvement d’un projectile dans lechamp de pesanteur est plan. Plus précisément, leplan du mouvement sera celui défini par le vecteurvitesse initiale −→v 0 et le vecteur champ de pesan-teur −→g (et donc il s’agit d’un plan vertical).

Équation de la trajectoire L’équation de la trajectoires’obtient à partir des équations horaires paramé-triques, en éliminant le temps. Vous devez être ca-pable de retrouver cette équation.

Cette équation correspond à celle d’une parabole,dans le cas d’un mouvement sans frottement.

12 Chapitre 9

Chapitre 9

Cinétique et catalyse chimiques

Demi-équation Forme générale d’une demi-équationélectronique :

Ox + ne−= Réd

Reportez-vous à la méthode distribuée en coursquant à la manière d’équilibrer une demi-équation,à connaître par cœur.

Équations d’oxydoréduction Vous devez être capabled’écrire rapidement et surtout sans erreur l’équa-tion d’oxydoréduction associée à une transforma-tion chimique.

Oxydants et réducteurs Vous devez être capable d’iden-tifier un oxydant (= une espèce capable de capterun électron) et un réducteur (= une espèce capablede céder un électron).

Dans une équation, vous devez savoir trouver lesdeux couples mis en jeux.

Facteurs cinétiques La température et la concentrationsont, parmi d’autres, deux facteurs cinétiques, c.-

à-d. leur augmentation s’accompagne en général

d’une augmentation de la vitesse de réaction.

À partir de résultats expérimentaux (courbes,concentrations, etc.), vous devez être capabled’identifier des facteurs cinétiques.

Temps de 1/2 réaction Le temps de demi-réaction est letemps au bout duquel la moitié de la quantité deréactif limitant a disparu.

En notant xf l’avancement final de la réaction, ett1/2 le temps de demi-réaction, l’avancement de ré-action x au temps t1/2 vaut :

xf

2

Il faut savoir réaliser une lecture graphique de cetemps :

0 t

x (mol)

xf

xf

2

t1/2

Méthodes de suivi d’une réaction On utilise :

— un manomètre lorsque la réaction s’accom-pagne d’un dégagement de gaz, pour un mon-tage à volume constant (= clos) ;

— une mesure de volume lorsque la réaction s’ac-compagne d’un dégagement de gaz, pour unmontage à pression constante ;

— un conductimètre lorsque la réaction fait inter-venir des ions ;

— un pH-mètre lorsque la réaction fait intervenirdes ions oxonium H3O+, ou proton hydraté H+

(ne pas laisser les H+ dans l’équation finale) ;— Un spectrophotomètre (ou à défaut, la compa-

raison avec une échelle de teinte) lorsque la ré-action fait intervenir une espèce colorée ;

— Une CCM ou chromatographie sur couchemince, basée sur la différence d’affinité d’uneespèce chimique pour une phase fixe (la plaquerecouverte de silice) et une phase mobile (lesolvant ou éluant qui se déplace par capillaritéle long de la plaque, en provoquant une migra-tion plus ou moins prononcée de l’espèce chi-mique). Pour ne pas limiter la CCM aux com-posés colorés, on a recours à une révélation parles UV (les plaques réfléchissent les UV, sauf auxemplacements où une substance chimique estprésente, ce qui fait que l’on observe des tachesplus sombres).

Rapide ou lent Dire qu’une réaction est rapide ou lenteest assez subjectif. On peut par exemple tout cen-trer sur sa petite personne, et estimer qu’une réac-tion est lente quand on a le temps de voir les mo-difications s’effectuer à l’œil nu, et qu’à contrarioelle est rapide si elle est arrivée à l’état d’équilibrequand on a terminé de verser l’un des réactifs.

Certaines réactions ont lieu en quelques millise-condes, d’autres en jours ou en année, classer lespremières dans les rapides et les secondes dans leslentes ne pose pas de problème.

Catalyseur Un catalyseur est une substance qui aug-mente la vitesse d’une réaction chimique. Le cata-lyseur participe à la réaction, mais ne fait partie nides réactifs, ni des produits, et donc n’apparaît pasdans l’équation-bilan (on l’indique au-dessus de laflèche ou de la double flèche).

Exprimé autrement, un catalyseur permet à la ré-action de suivre un chemin réactionnel bien plus ra-pide.

Homogène Lorsque le catalyseur et les réactifs sont dansla même phase (solide, liquide ou gaz), on parle decatalyse homogène.

Hétérogène Lorsque le catalyseur et les réactifs ne sontpas dans la même phase, on parle de catalyse hé-

Chapitre 10 13

térogène. Dans ce cas, le catalyseur est souventun solide, et les réactifs des liquides ou des gaz(exemple : pot catalytique).

Enzyme En biochimie, certaines protéines possèdent uneactivité catalytique : ces protéines sont appelées en-zymes. On parle alors de catalyse enzymatique.

Spontanéité Un catalyseur ne peut intervenir que sur desréactions spontanées.

Spécificité Contrairement aux deux facteurs cinétiquestempérature et concentration, qui agissent sur laprobabilité de chocs efficaces entre molécules, lecatalyseur modifie le mécanisme réactionnel, c’est-

à-dire la façon dont la réaction s’effectue (on parled’un nouveau chemin de réaction). Conséquence, uncatalyseur est spécifique à une réaction.

Équilibre Un catalyseur ne modifie pas l’état d’équilibre,car il accélère à la fois les réactions directe et in-verse. En conséquence, la transformation chimiqueest simplement plus rapide, l’état final est le même.

Sélectivité Dans l’industrie, le choix d’un catalyseur spé-cifique permet d’orienter une synthèse vers un pro-duit particulier lorsque plusieurs produits sont sus-ceptibles de se former.

Chapitre 10

Représentation des molécules

Nomenclature Vous devez connaître la nomenclature desespèces organiques. Reportez-vous au rabas de cou-verture noté V de votre livre, afin de vous assurerque vous connaissez bien tous les groupes et leurnomenclature.

Brute On appelle formule brute d’une molécule, une for-mule indiquant uniquement le symbole des atomeset leurs nombres.Exemple : CH4 pour le méthane, comportant uncarbone et quatre hydrogènes.

Lewis On appelle formule de Lewis une représentation detous les atomes, de leurs liaisons et de leurs éven-tuels doublets non-liants. Exemple :

NH H

H

Ammoniac

Développée On appelle formule développée une repré-sentation de toutes les liaisons entre atomes, à l’ex-clusion des doublets non-liants. Exemple :

CH H

H

H

Méthane

Semi-développée Dans une formule semi-développée,toutes les liaisons entre atomes sont montrées, saufles liaisons C-H. Exemple : éthane :

CH C H

H

H

H

H

Développée

CH3 CH3

Semi-développée

Géométrie La géométrie adoptée par une molécule tendsà minimiser la répulsion entre doublets d’électrons,en les répartissant dans l’espace.

Cram Dans cette représentation, les liaisons en avant duplan sont représentées par un triangle plein etcelles en arrière du plan par un triangle hachuré

. Exemple :

C

Cℓ

CℓCℓ

Cℓ

109o

Isomères Des isomères sont des molécules ayant le mêmenombre d’atomes, mais un enchaînement de cesderniers différent.

Stéréoisomères Deux molécules sont stéréoisomères sielles présentent le même enchaînement d’atomesmais qu’elles ne sont pas superposables dans l’es-pace.

Chiralité Une espèce est dite chirale si elle n’est pas su-perposable à son image dans un miroir.

Carbone asymétrique Un carbone ayant quatre substi-tuants différents est dit asymétrique, il est la causede l’apparition de la chiralité d’une molécule.

Énantiomères Deux molécules sont énantiomères si ellesont le même enchaînement d’atomes, qu’elles sontnon superposables, et images l’une de l’autre dansun miroir.

Diastéréoisomères Deux molécules sont diastéréoiso-mères si elles ont le même enchaînement d’atomes,mais qu’elles ne sont ni superposables, ni imagesl’une de l’autre dans un miroir.

Conformations Les conformations d’une molécule sontles différents arrangements de ses atomes quipeuvent être obtenus sans rupture de liaisons, sim-plement par rotation autour des liaisons carbone-carbone. Certaines conformations sont énergéti-quement plus favorables que d’autre, ce qui en par-ticulier influence la réactivité des molécules.

14 Chapitre 11

Chapitre 11

Travail et énergie

Travail Le travail d’une force−→F constante, lors de son

déplacement quelconque d’un point A à un pointB, est :

WAB

�−→F�

=−→F ·−→AB = F ·AB · cosα

où−→F ·−→AB est le produit scalaire des vecteurs force

−→F et déplacement

−→AB, et α l’angle entre les vec-

teurs force et déplacement.

Chemin suivi Le travail d’une force−→F conservative d’un

point A à un point B ne dépend pas du chemin suivipour aller du point A au point B. On dit d’une telleforce qu’elle dérive d’une énergie potentielle.

Poids Le travail du poids−→P d’un point matériel de masse

m qui se déplace d’un point A d’altitude zA à unpoint B d’altitude zB dans un champ de pesanteuruniforme est :

WAB

�−→P�

= m · g ·�

zA − zB�

Ainsi le poids est une force conservative dontl’énergie potentielle, l’énergie potentielle de pesan-teur, s’exprime par :

Ep = mgh

dès lors que l’origine des énergies potentielles estprise à une hauteur h nulle. On peut utiliser cesformules directement sans démonstration.

Charge et force Une particule portant la charge élec-trique q en coulomb (C) est soumise à la force élec-

trique−→Fe lorsqu’elle est placée dans le champ élec-

trique−→E :

−→Fe = q ·

−→E

Le champ électrique−→E peut être créé par deux

plaques portant une différence de potentiel ou ten-sion U = UAB et séparées par une distance d = AB,tel que le module ou norme du champ s’exprimepar :

E =U

dou E=

UAB

AB

Travail électrique Le travail de la force électrique−→Fe qui

s’exerce sur une particule portant une charge q,qui se déplace d’un point A à un point B, dans un

champ électrique−→E uniforme, a pour expression :

WAB

�−→Fe

�

=−→Fe ·−→AB = q ·UAB

La force électrique est une force conservative dontl’énergie potentielle, énergie potentielle électrique,s’exprime par :

Ep = −qV

avec V le potentiel du point considéré. La différencede potentiel ou tension UAB s’exprime en fonctiondu potentiel des deux points A et B par :

UAB = VA− VB

Frottements Le travail d’une force de frottement−→f est

résistant :

WAB

�−→f�

= − f ·AB< 0

Les forces de frottement sont non conservatives, letravail dépend du chemin suivi, et elles ne dériventpas d’une énergie potentielle.

Énergie mécanique Par définition, l’énergie mécaniqued’un système est la somme de ses énergies poten-tielle et cinétique :

Em = Ep+ Ec

Conservation En l’absence de frottements ou lorsqu’ilsrestent négligeables, les variations d’énergie po-tentielle compensent les variations d’énergie ciné-tique : il y a conservation de l’énergie mécanique.

Em = cte ⇔ ∆Em = 0

On peut utiliser cette dernière égalité pour calcu-ler l’énergie cinétique lorsque l’on connaît l’énergiepotentielle, et vice-versa. On dit souvent qu’un sys-tème est dans une « cuvette » d’énergie potentielle,il voit sans cesse ses formes d’énergies cinétique etpotentielle s’échanger.

Vous devez savoir reconnaître la conservation oula non-conservation de l’énergie mécanique sur undocument expérimental.

Dissipation La variation de l’énergie mécanique entredeux positions A et B d’un système est égale au tra-

vail de la force−→f qui modélise l’action des frotte-

ments entre ces deux positions :

∆Em =WAB

�−→f�

Chapitre 14 15

Chapitre 12

Relativité restreinte

Célérité de la lumière Quelque soit le référentiel danslequel on se place, la célérité de la lumière dans levide vaut c ≃ 3,00× 108 m · s−1, constante univer-selle qui est de fait une limite maximale infranchis-sable pour les vitesses des particules. En particulierla loi d’addition galiléenne des vitesses est mise endéfaut.

Temps Le temps n’est plus une notion universelle, il dé-pend de l’observateur et donc de son déplacement.

Espace-temps On définit un évènement par ses quatrecoordonnées spatio-temporelles, donc sa positiondans l’espace et dans le temps. Le temps apparaîtainsi comme une coordonnée comme une autre.

Référentiel propre On nomme référentiel propre le réfé-rentiel dans lequel la particule est immobile.

Dilatation du temps Le temps ∆t mesuré dans un ré-férentiel quelconque est lié au temps ∆t0 mesuré

dans le référentiel propre par :

∆t = γ ·∆t0 avec γ =1q

1− v2

c2

Puisque par principe v ¶ c alors γ ¾ 1 et donc∆t ¾∆t0 : c’est la dilatation du temps.

Contraction des longueurs Une conséquence de la dila-tation du temps est la contraction des longueurs.

Horloge atomique Une horloge atomique est ce qui sefait de plus précis actuellement. Une telle horlogeest basée sur la quantification des niveaux d’éner-gie d’un atome.

GPS Afin d’assurer une précision suffisante au systèmeGPS de localisation par satellite, il faut entre autrestenir compte des effets relativistes.

Chapitre 13

Transformations organiques I

Modifications de chaîne On distingue trois modifica-tions de chaîne différentes : craquage (diminutiondu nombre d’atomes de carbone), polymérisation(augmentation du nombre d’atomes de carbone)et reformage (conservation du nombre d’atomes decarbone).

Modifications de groupe Il n’est pas rare qu’une réac-tion chimique s’accompagne d’une modification degroupe caractéristique. L’aviez-vous noté ? Lol !

Trois catégories On distingue trois catégories de réac-

tions chimiques : les additions, les éliminations etles substitutions.

— lors d’une substitution, un atome ou grouped’atomes est remplacé par un autre atome ougroupe d’atomes ;

— lors d’une addition, une liaison double se trans-forme en liaison simple, ou encore un cycle secasse ;

— lors d’une élimination, une liaison simple setransforme en liaison double, ou encore uncycle se forme.

Chapitre 14

Transformations organiques II

Électronégativité L’électronégativité est une grandeursans dimension qui évalue la capacité d’un atomea attirer les électrons à lui.

Polarité Une liaison entre deux atomes d’électronégativi-tés différentes est polarisée. Cette polarisation par-tielle est notée avec des charges partielles δ+ etδ−.

Lewis Dans la représentation de Lewis, tous les doubletsliants ou non-liants entourant un atome sont repré-sentés.

Donneur ou accepteur Un site est donneur de doubletd’électrons lorsqu’il présente une forte densité élec-tronique (comme une charge ou charge partiellenégative), avec un doublet liant ou non liant sus-ceptible d’être déplacé. À contrario un site est ac-cepteur de doublet d’électrons lorsqu’il présenteune faible densité électronique (comme une la-cune, une charge ou une charge partielle positive),donc une aptitude à recevoir un doublet d’élec-trons.

16 Chapitre 15

Mécanisme réactionnel Un mécanisme réactionnel est ladescription microscopique du déroulement d’uneréaction. Cette description peut comporter plu-sieurs étapes.

Flèche courbe Lors d’une étape d’un mécanisme réac-

tionnel, on représente le mouvement d’un dou-blet d’électrons par une flèche courbe. Comme lemontre le document 12 page 309 du livre, la flèchecourbe part toujours d’un doublet et pointe tou-jours vers un atome.

Chapitre 15

Stratégie de synthèse et sélectivité

Montages Voici une liste non exhaustive des montages dechimie que vous devez connaître (connaître la lé-gende, comprendre leur utilité) :— filtration simple ou filtration par gravité ;— filtration sous vide ou filtration sur büchner ;— hydrodistillation ;— distillation fractionnée ;— montage à reflux ;— ampoule à décanter ;— ...On se reportera utilement aux fiches méthodespages 590 et suivantes du livre.

Reflux Un montage à reflux (ci-dessous) permet de chauf-fer des liquides à ébullition sans risque de perte dematière. Ce montage permet donc d’accélérer uneréaction (facteur cinétique température).

b

b b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

bb

b

b

b

b

b

b

b

bb

b

b

b

b

b

Distillation Une distillation fractionnée (que l’on recon-naît facilement à sa colonne vigreux) permet deséparer deux liquides de température d’ébullitiondifférente.

Ce montage peut aussi être utilisé pour provoquerun déplacement d’équilibre par élimination d’unproduit formé plus volatil. La réaction équilibréeétant privée d’un de ses produits, elle ne peut pasavoir lieu dans le sens indirect.

Rendement Le rendement d’une synthèse est le rapport(sans unité) :

η =mexp

mth¶ 1 ou 100 %

avec mexp la quantité de matière ou la masse deproduit pur obtenu, et mth la quantité de matièreou la masse que l’on pourrait obtenir si la réactionétait totale.

Extraction par solvant L’extraction par solvant consisteà utiliser un solvant extracteur pour obtenir une so-lution du composé recherché, dissout dans ce sol-vant. On distingue quatre critères de choix d’un sol-vant extracteur :

1. l’espèce à extraire doit être la plus soluble pos-sible dans le solvant ;

2. le solvant doit être le moins dangereux pos-sible ;

3. si l’espèce à extraire est déjà dissoute dans unautre solvant (typiquement, l’eau), le solvantextracteur ne doit pas être miscible avec cettesolution ;

4. le solvant doit être le plus volatil possible (tem-pérature d’ébullition la plus faible possible, afind’être éliminé facilement pour obtenir l’extraitpur).

Recristallisation La recristallisation est une technique depurification d’un produit solide. Le produit brut estdissous à chaud dans un solvant bien choisi. Onlaisse le mélange refroidir lentement, les impure-tés restent dissoutes à froid dans le solvant alorsque le produit de la synthèse cristallise. Le produitpur est ensuite récupéré par filtration puis séché àl’étuve.

Réactifs chimiosélectifs Une réaction est sélective si,parmi plusieurs fonctions d’une molécule, l’une

Chapitre 16 17

d’elle réagit préférentiellement avec le réactifconsidéré. Ce réactif est alors dit chimiosélectif.

Protection En l’absence de réactif chimiosélectif, il estsouvent nécessaire de protéger une fonction, c’est-à-dire de créer volontairement un groupe dans unemolécule pour bloquer la réactivité d’une de sesfonctions, temporairement transformée et qui ne vadonc pas réagir.On notera qu’une fois une molécule protégée lorsd’une étape préliminaire, il est nécessaire de la dé-protéger lors d’une étape ultérieure, une fois la ré-action initialement visée réalisée. Le groupe protec-teur est enlevé ou clivé.

Identification Une fois la réaction terminée, le produitisolé et purifié, on caractérise et on contrôle la pu-reté du produit synthétisé par l’une des méthodessuivantes :

— mesure de sa température de fusion au banc Kö-fler (la température d’un mélange est différentde celui d’un corps pur) ;

— CCM ;— spectre RMN ;— spectre IR ;— mesure de l’indice de réfraction ;— ...

Chapitre 16

Dualité onde-particule

Force 4 Traditionnellement, on indique que la Physiquefait intervenir quatre forces : l’interaction gra-vitationnelle, l’interaction électrique, l’interactionfaible (qui explique la radioactivité α) et l’interac-tion forte (qui explique la cohésion des noyaux).

Quantification L’énergie de l’atome est quantifiée, c’est-à-dire que l’atome ne peut se trouver que dans unétat d’énergie bien précis. La mécanique de Newtonne permet pas d’expliquer cette quantification.

Énergie L’énergie d’un atome ne peut varier que selon unmultiple du quanta d’énergie :

∆E= hν

— ∆E variation d’énergie, en joules (J) ;— h est la constante de Planck :

h= 6,62× 10−34 J.s

— ν est la fréquence de la radiation (photon)émise ou absorbée par l’atome, en hertz (Hz).

État Le niveau d’énergie le plus bas d’un atome est appeléétat fondamental. Les autres niveaux d’énergie sontles états excités. Les niveaux d’énergie des molé-cules et les noyaux sont eux aussi quantifiés.

Quantique ou pas ? La quantification des niveauxd’énergie et des transferts d’énergie n’est en gé-néral sensible qu’au niveau atomique ou nucléaire.Au niveau macroscopique la majorité des systèmesqui nous entourent ne présentent pas en apparenceun comportement quantifié, car la quantification deleurs niveaux d’énergie est non perceptible, cachéepar la moyenne statistique sur un grand nombre departicules et d’échanges d’énergie.

Spectre de raies Un spectre de raies est le résultat dela décomposition (= dispersion par un prisme ouun réseau) des différentes radiations monochroma-tiques émises par un gaz d’atome chaud lors de sadésexcitation.

Chaque élément produit un spectre qui lui estpropre, comme une signature.

Un spectre d’absorption, correspondant à l’excita-tion d’atomes ou de molécules, est complémentairedu spectre d’émission correspondant à la désexcita-tion des mêmes atomes ou molécules.

Transition À chaque raie du spectre correspond une tran-sition dans l’état énergétique de l’atome. Lorsquequ’un atome passe du niveau d’énergie Ei à un ni-veau d’énergie supérieur Ef, il absorbe lors de cetteexcitation un quantum d’énergie égal à :

∆E= Ef − Ei = hν

Lors de la désexcitation, le même quantum d’éner-gie est émis.

Échanges d’énergie Les échanges d’énergies sont del’ordre :

— de l’eV pour le cortège électronique ;— du MeV pour le noyau.

Ces échanges d’énergie ont lieu sous forme d’ab-sorption ou d’émission de photons, par quantitésdiscrètes — par quanta.

Dualité La dualité onde-corpuscule est une tentative d’ac-corder deux modèles antinomiques. En effet unemême entité microscopique peut selon les cir-constances adopter un comportement ondulatoire(interférences, diffraction...) ou un comportementcorpusculaire (impact, trajectoire...). La relation

18 Chapitre 17

liant la longueur d’onde λ à la quantité de mouve-ment p établit le lien entre les deux comportementsà mes yeux :

λ=h

p

LASER Un laser est une source de lumière monochroma-tique, intense (le ratio puissance sur surface éclai-rée est très élevé), très directive (le faisceau émisest un faisceau de rayons parallèles) et cohérente(les photons ou trains d’ondes émis ont tous lamême phase).

L’émission laser est basée sur :

— le pompage (éventuellement optique) qui pro-

voque une inversion de population, c’est-à-direqu’un niveau supérieur se trouve très occupé ;

— l’émission stimulée, pour laquelle des photonstous de même fréquence et de même phasesont émis simultanément par désexcitation desatomes préalablement préparés ;

— l’amplification par interférence constructive desphotons ainsi émis dans une cavité de Fabry-Pérot (dit de façon moins obscure : deux mi-roirs qui se font face et qui encadrent le milieudans lequel a lieu le pompage permettent auxphotons de faire de multiples aller-retours, enprovoquant à chaque passage dans le milieu desémissions stimulées).

Chapitre 17

Transferts d’énergie

Avogadro Le nombre d’Avogadro est le nombre d’entitésdans une mole :

NA = 6,022× 10−23 mol−1

Le fait que ce nombre soit très grand impliquel’impossibilité pratique de considérer les positionset les vitesses de toutes les particules pour dé-crire la matière et ses transformations. La descrip-tion microscopique est ainsi illusoire, on procède àune description macroscopique, basée sur des gran-deurs mesurables à notre échelle comme la pres-sion P, la température T, le volume V ou la quantitéde matière n.

Spontanéité Les transferts thermiques ont lieu spontané-ment de la source chaude vers la source froide. Ilsne peuvent être inversés, on dit qu’ils sont irréver-sibles.

Trois modes Les trois modes de transferts thermiques àconnaître sont la convection (transfert par mou-vement de matière), la conduction (transfert parcontact, par agitation microscopique, dans la ma-tière) et le rayonnement (transfert par rayon-nement ou absorption d’une onde électromagné-tique).

Flux L’échange d’une quantité de chaleur Q pendant unedurée ∆t correspond à une puissance thermiquePth telle que :

Pth =Q

∆t

Pth puissance ou flux thermique en watt (W) ;

Q transfert thermique en joule (J) ;

∆t durée en seconde (s).

Résistance La puissance thermique échangée est propor-tionnelle à l’écart de température Tchaud − Tfroid

entre le corps chaud et le corps froid ; le coefficientde proportionnalité est appelé résistance thermiqueRth et s’exprime par la formule, toujours rappelée :

Tchaud − Tfroid = RthPth

Tchaud −Tfroid écart de température en oC ou en K ;

Rth résistance thermique en kelvin par watt(K ·W−1) ;

Pth puissance thermique en watt (W).

Énergie interne L’énergie interne notée U en joule (J)est la somme de l’énergie cinétique microscopique,correspondant à l’agitation thermique, et de l’éner-gie potentielle microscopique, correspondant auxliaisons entre constituants.

Variation, preum’s La variation d’énergie interne ∆Ud’un corps est proportionnelle à sa variation de latempérature ∆T :

∆U= C ·∆T

∆U variation d’énergie interne du corps (joule J) ;

∆T variation de température du corps (̊ C) ;

C capacité thermique du corps, en joule par degréCelsius (J · oC−1).

Variation, encore La variation d’énergie interne ∆U d’uncorps est proportionnelle à sa variation de la tem-pérature ∆T :

∆U= m · c ·∆T

Chapitre 20 19

∆U variation d’énergie interne du corps (joule J) ;∆T variation de température du corps (̊ C) ;m masse en kilogramme (kg) ;c capacité thermique massique du corps, en joulepar degré Celsius (J · oC−1 ·kg−1).

Bilan L’énergie interne U d’un système varie si ce der-nier échange du travail W avec l’extérieur ou qu’untransfert thermique Q s’effectue :

∆U=W+Q

Si le système est en mouvement, il faut ajouter lesvariations d’énergie cinétique ∆Ec et d’énergie po-tentielle ∆Ep au bilan :

∆Em+∆U=W+Q

On a ainsi l’ensemble des énergies à gauche (ma-croscopiques et microscopiques), et l’ensemble descauses de variation à droite (transfert thermique outravail).

Machines thermiques Un moteur à explosion, un réfri-gérateur, une pompe à chaleur sont des exemplesde machines thermiques bithermes cycliques. Sivous comprenez le moindre aspect de tous ces dé-tails c’est que vous êtes un super crack, car il mefaudrait plusieurs semaines pour vous expliquer ceque je vous résume là en quelques lignes.

Chapitre 18

Les enjeux énergétiques

Le choc La consommation énergétique mondiale aug-mente, et les ressources diminuent. Il faut écono-miser l’énergie et l’utiliser plus efficacement.

Combustibles fossiles Non-renouvelables, les combus-tibles fossiles (hydrocarbures) libèrent lors de leurcombustion du dioxyde de carbone, gaz à effet deserre.

Chapitre 19

Développement durable

Économiser les atomes En réduisant le nombre d’étapeslors d’une synthèse, on limite la formation de sous-produits indésirables et l’utilisation de solvants.L’Utilisation Atomique s’en trouve augmentée.

Catalyseur L’emploi d’un catalyseur permet une écono-mie de temps mais aussi potentiellement d’énergie,

si on n’est plus contraint de recourir à des tempéra-tures ou des pressions élevées (facteurs cinétiques).

Nature On peut utiliser des molécules complexes pro-duites par la nature au lieu de partir de quasimentde zéro.

Recycler Une question de bon sens.

Chapitre 20

Numérisation

Conversion AN Un signal numérique est obtenu en géné-ral par la conversion d’un signal analogique. CANsignifie « convertisseur analogique-numérique ».Une telle conversion est réalisée par un échantillon-neur bloqueur.

Conversion NA CNA signifie « convertisseur numérique-analogique ».

Numérique Un signal numérique est un signal au moyenduquel les informations sont représentées par unnombre fini de valeurs discrètes bien déterminées.On commence à voir apparaître la notion de réso-

lution, forcément limitée.

Résolution Lors de la conversion d’un signal analogiqueen signal numérique, les valeurs sont mesuréesavec un pas de résolution fixé.Augmenter le pas de résolution améliore la qualitédu signal mesuré.Exprimé autrement, le pas de résolution va être laplus petite grandeur accessible en ordonnée d’unenregistrement montrant le signal mesuré en fonc-tion du temps. En zoomant sous Latis Pro on peutfaire apparaître ce pas de résolution (le signal aug-

20 Chapitre 21

mente par paliers visibles).

Bits La quantité de nombres binaires possibles est appeléerésolution R. Par définition :

R = 2n

où n est le nombre de bits utilisés.

Pas L’intervalle de tension qui existe entre deux valeursnumériques binaires successives est appelé le pasde quantification. Pour le déterminer, on divise l’in-tervalle dans lequel sont comprises les valeurs detensions par la résolution R.

p =plage de mesure

2n

Échantillonnage Pour convertir un signal analogique ensignal numérique, on a recours à un échantillon-nage, ce qui consiste à relever la valeur du signal àintervalle de temps régulier. Cet intervalle de tempsest appelé période d’échantillonnage, son inverseest appelé fréquence d’échantillonnage.Diminuer la période d’échantillonnage, ou de façonéquivalente augmenter la fréquence d’échantillon-nage, permet d’améliorer la qualité du signal nu-mérisé. Cela s’accompagne automatiquement d’uneaugmentation du nombre de points de mesure.Exprimé autrement, la période d’échantillonnageva être la plus petite grandeur accessible en abs-cisse d’un enregistrement montrant le signal me-suré en fonction du temps. En zoomant sous LatisPro on peut faire apparaître cette période d’échan-tillonnage (le signal change à des intervalles detemps visibles).

Bilan sur le CAN Un convertisseur analogique-numérique (CAN) est donc caractérisé par :

— sa plage d’entrée en tension (valeurs extrêmesde tensions convertibles) ;

— sa résolution (nombre de valeurs discrètes qu’ilpeut produire) ;

— son pas (plus petite valeur de tension conver-tible) ;

— son temps de conversion (durée nécessairepour convertir un échantillon de tension, doncsi le CAN est très rapide ou pas), qui doitêtre inférieur à la période d’échantillonnagede l’échantillonneur-bloqueur, dont la valeur aquelque chose à voir avec la période du signal.

Octet Un octet correspond à huit bits.

Codage RVB Il s’agit d’un système de représentation desimages en imprimerie et sur nos écrans, basée surla synthèse additive de trois couleurs primairesrouge, verte et bleue. On peut donner l’illusion den’importe quelle teinte par une combinaison de cestrois couleurs avec en général des intensités rela-tives qui varient entre 0 et 255 niveaux, dans lecas d’un codage sur 8 bits, c’est-à-dire en 28 = 256niveaux.

Image La résolution de l’image est le nombre de pixelspar unité de longueur. Elle s’exprime en ppp (pointpar pouce) ou dpi (dot per inch). Le pouce (inchen anglais) vaut 2,54 cm environ. En général, ondonne la taille des diagonales d’un écran en inch(symbole ”).

Chapitre 21

Transmission

Débit binaire Le débit binaire D est le nombre de bitstransférés par unité de temps. Il s’exprime enbit · s−1 ou bps et est donné par la relation :

D= N · n · fe

avec N, nombre de signaux ; n, nombre de bits uti-lisés et fe, fréquence d’échantillonnage (en Hz).

Plus le débit binaire est important, plus le signalnumérique transmis contient d’informations.

Transmission Si l’on transmet n bits pendant la durée∆t, le débit D s’exprime par :

D=n

∆t

Atténuation L’atténuation d’un signal est l’affaiblisse-ment de l’amplitude du signal au cours de la trans-mission :

A= 10 logPe

Ps

où on note Pe la puissance du signal à l’entrée et Ps

sa puissance à la sortie du guide. Le coefficient d’at-ténuation linéique α, en dB ·m−1, est défini par :

α=A

L

Stockage Les CD, les DVD et les blu ray sont des supportsde stockage d’information qui sont basés sur la ré-flexion et les interférences d’un faisceau lumineux

Chapitre 22 21

sur une surface en plastique plus ou moins réflé-chissante, permettant de représenter des O et des 1d’un signal numérique binaire.

Les trois supports n’ont pas la même capacité, ni

la même longueur d’onde de la diode laser utiliséepour la lecture : la capacité de chaque disque est li-mitée par le phénomène de diffraction, et l’emploide lasers de longueur d’onde de plus en plus courtea permis d’accroître la capacité de stockage.

Chapitre 22

Science et société

Une base empirique L’histoire des sociétés montre quela science a acquis « droit de cité » lorsqu’elle adonné aux faits techniques établis de façon empi-rique une base conceptuelle Universelle permettantde les comprendre, d’en formaliser la théorie pourla réinvestir de façon efficiente.

Des défis Si l’on excepte un changement radical desmodes de vie, l’activité scientifique et ses appli-cations technologiques s’avèrent être des réponsescrédibles aux défis posés à l’Homme : économiserles ressources et respecter l’environnement, synthé-tiser des molécules et fabriquer de nouveaux maté-riaux, transmettre et stocker l’information.

⋆ ⋆⋆