PCSI B - physique - Le cahier de texte 2010/2011

EC1 Lois générales de l'électrocinétique

I. Le courant électrique
  I.1 Définition
  I.2 Intensité

II. Potentiel et tension

III. Aeqs (ou Arqs ou Arqp)

IV. Lois de Kirchhoff
  IV.1 Vocabulaire
  IV.2 Loi des noeuds
  IV.3 Loi des mailles

V. Classification
  V.1 Puissance reçue, convention générateur/récepteur

EC1 Lois générales de l'électrocinétique

V. Classification des dipôles.

  V.2 Caractéristique courant tension
dipôle actif-passif, symétrique ou non, point de fonctionnement

  V.3 Dipôles linéaires

EC2 Réseaux linéaires

I. Dipôles passifs linéaires

  I.1 Conducteurs ohmiques
  I.2 Condensateur idéal
  I.3 Bobine idéale
  I.4 Association de dipôles passifs

Distribution du TD1

EC2 Réseaux linéaires

I. Dipôles passifs linéaires

  I.4 Association de dipôles passifs
cas de dipôles non linéaires: méthode graphique

II. Dipôles actifs linéaires

  II.1 Sources idéales de tension, de courant
  II.2 Dipôles actifs de courant et de tension
modèles de Thévenin et de Norton; équivalence des deux représentations
  II.3 Association de dipôles actifs linéaires

III. Méthode d'étude d'un circuit

  IIII.1 Réseau à une maille (loi de Pouillet)
  III.2 Diviseur de tension et de courant

Correction de l'exercice 1 du TD1 (association de résistances)

EC2 Réseaux linéaires

IV. Outils d'étude d'un réseau

  IV.3 Théorème de Millman

Correction de l'exercice 2 du TD1

EC3 Régimes transitoires

I. Circuit RC

  I.1 Charge du circuit RC
établissement de l'équation différentielle, résolution, étude graphique, bilan énergétique

EC3 Régimes transitoires

I. Circuit RC

  2. Décharge d'un condensateur dans une résistance
conditions initiales, équation vérifiée par u, aspects énergétiques.

II. Circuit RL

  1. Réponse à un échelon: établissement du courant dans une bobine
conditions initiales et régime permanent.

Correction des exercices 3, 4 et 5 du TD1
Distribution du TD2

EC3 Régimes transitoires

II. Circuit RL

  II.1 Réponse à un échelon de tension: établissement du courant dans une bobine
équation différentielle vérifiée par i(t), graph de i(t) et uL(t)
  II.2 Régime libre
réalisation pratique, conditions initiales, régime permanent, équation différentielle vérifiée par i(t), graph de i(t) et uL(t), bilan énergétique.

Correction des exercices 1 et 3 du TD2

EC3 Régimes transitoires

III. Circuit RLC

Résolution d'une équation différentielle linéaire du second ordre à coefficients constants.

  III.1 Régime libre

    - Conditions initiales
    - Etablissement de l'équation différentielle vérifiée par q(t), définition de la pulsation propre, du facteur d'amortissement, du facteur de qualité
    - Amortissement fort (Q<1/2): allure de q(t) et de i(t), durée du régime transitoire.
    - Amortissement faible(Q>1/2): allure de q(t) et de i(t), définition de T, pseudo-période et du décrément logarithmique, durée du régime transitoire.

Correction de l'exercide 2 du TD2

EC3 Régimes transitoires

III. Circuit RLC

  III.1 Régime libre

    - Résolution de l'équation différentielle
    - Aspects graphiques: allure de q(t) puis allure de i(t).Règles pour passer de l'une à l'autre courbe.
    - Durée du régime transitoire en fonction du facteur de qualité: importance du régime critique (durée la plus courte du régime transitoire et donc établissement le plus rapide du régime permanent)
    - Bilan énergétique local et global: dissipation de l'énergie par effet Joule, cas particulier du circuit oscillant (R=0, conservation de l'énergie)

  III.2 Réponse à un échelon de tension

    - Conditions initiales et régime permanent
    - Equation différentielle vérifiée par uc(t)
    - Résolution de l'équation différentielle: uc=ug+up, ug non négligeable pendant la durée du régime transitoire; aux temps longs, on peut écrire uc=up.
    - Allure de uc(t) et i(t). Règles pour passer de l'une à l'autre courbe.
    - Bilan énergétique local et global: l'inductance n'intervient pas dans le bilan global.

Correction de l'exercice 4 du TD2

Correction des exercices 4 (fin) et 5 du TD2 d' Electrocinétique

Correction des exercices 1 et 3 du TD1 d' Optique

Lentilles minces et miroirs sphériques dans l'approximation de Gauss

I.Lentilles minces

  I.1 Vocabulaire
   définition, nature: convergente ou divergente, symbole, géométrie.

  I.2 Système centré focal
   - centre optique: tout rayon passant par O n'est pas dévié.
   - foyers principaux image et objet: définition, position, distances focales image et objet, vergence
   - foyers secondaires, plan focal objet et plan focal image.
   - construction d'un rayon émergent
   - diamètre apparent d'un objet ou d'une image à l'infini

  I.3 Construction d'une image par une lentille convergente ou divergente
Animation sur la construction par une lentille mince

Correction de l'exercice 6 du TD2 d' Electrocinétique

Enoncé du premier devoir et corrigé

TP1 Le générateur basse fréquence et l'oscilloscope

Présentation, réglages.

Correction des exercices 4(fin) et 3 du TD10 de Mécanique

Animation sur le mouvements d'un système isolé de deux points matériels en interaction gravitationnelle

TP2 Utilisation du multimètre numérique

• Mesures de tensions et de courants: modes de fonctionnement, valeur moyenne et efficace, application.
• Limites d'utilisation: impédance d'entrée (en Ampèremètre et en Voltmètre), limitation en fréquence

TP3 Régimes transitoires

Objectifs:
• observer les différents régimes libres d’un circuit RLC
• utiliser Synchronie pour l’acquisition de tensions
• déterminer la valeur d’une inductance L à partir de mesures expérimentales.

TP3 Régimes transitoires

Objectifs:
• observer les différents régimes libres d’un circuit RLC
• utiliser Synchronie pour l’acquisition de tensions
• déterminer la valeur d’une inductance L à partir de mesures expérimentales.

EC4 Circuits linéaires en régime sinusoïdal forcé

I. Signaux sinusoïdaux
    I.1 Définitions
Période, amplitude, phase instantanée, phase à l'origine, pulsation, fréquence. Valeur moyenne, valeur efficace. Déphasage de deux signaux synchrones.
    I.2 Représentation de deux signaux sinusoïdaux
Représentation de Fresnel, représentation complexe.

II. Régime sinusoïdal forcé
    II.1 Du régime transitoire au régime sinusoïdal forcé
Exemples du circuit RC et du circuit RLC, régime transitoire et régime permanent.
    II.2 Impédance et admittance complexe
Définition, cas des dipôles usuels.
    II.3 Loi d'association des dipôles passifs
En série

EC4 Circuits linéaires en régime sinusoïdal forcé

II. Régime sinusoïdal forcé
    II.3 Loi d'association des dipôles passifs
En parallèle
    II.4 Lois et outils permettant l'étude en régime sinusoïdal forcé
Générateur de Thévenin et de Norton, association, équivalence des deux représentations. Loi de Pouillet. Diviseurs de tensions et de courants. Loi des noeuds en terme de potentiels, théorème de Millman.

III. Résonance d'un circuit RLC série
    III.1 Description du dispositif
Equation différentielle, analogie avec l'oscillateur harmonique amorti en régime sinusoïdal forcé.
    III.2 Résonance en tension aux bornes du condensateur
Comportement à basses et hautes fréquences. Expression de l'amplitude et du déphasage. Résonance: condition sur Q, pulsation de résonance, amplitude à la résonance.

Distribution du TD3 d'électrocinétique

Correction de l'exercice 2 du TD3 d'électrocinétique.

Interrogation de cours et corrigé

EC4 Circuits linéaires en régime sinusoïdal forcé

III. Résonance d'un circuit RLC série
    III.2 Résonance en tension aux bornes du condensateur
Déphasage de la tension
    III.3 Résonance en intensité
Comportements à basses et hautes fréquences, expression de l'amplitude complexe. Résonance: pulsation de résonance, amplitude et déphasage à la résonance. Aspects graphiques, bande passante, pulsations de coupure, influence du facteur de qualité.
    III.4 Aspects énergétiques, résonance en puissance
Bilan énergétique sur une période, expression de la puissance moyenne fournie. Résonance en puissance: la puissance fournie est maximale à la résonance, bande passante, influence du facteur de qualité.

Correction des exercices 3, 5 et 8 du TD3 d'électrocinétique.

TP4 L'amplificateur opérationnel

1. Description, alimentation
2. Régimes de fonctionnement
1. Régime linéaire
2. Régime saturé
3. Caractéristique, rétroaction
3. Modèle de l'amplificateur opérationnel idéal
1. Hypothèses
2. Montages usuels à AO

Correction des exercices 1, 4 et 7 du TD3 d'électrocinétique

EC5 Puissance en régime sinusoïdal forcé

1. Puissance instantanée
2. Puissance moyenne
1. Définition
Définition, expression en fonction des amplitudes et du déphasage de la tension et de l'intensité, expression à l'aide des notations complexes.
2. Valeurs efficaces et facteur de puissance
Puissance active, puissance apparente et facteur de puissance. Exemples de L et C, interprétation. Cas du circuit RLC série.
3. Puissance moyenne d'un dipôle linéaire passif
Expression en fonction de l'impédance et de l'admittance, retour sur le RLC série. Conséquences: la partie réelle de Z (et donc de Y) est positive.
3. Importance du facteur de puissance
1. Rendement du transfert de puissance
Expression du rendement, influence de R (résistance des lignes de transport), de la tension efficace et du facteur de puissance de l'installation.
2. Augmentation du facteur de puissance
Mise en parallèle d'une batterie de condensateurs avec une installation (inductive), représentation de Fresnel, expression du déphasage et de la capacité.

EC5 Puissance en régime sinusoïdal forcé

4. Adaptation d'impédances
Description du dispositif, condition sur le dipôle de charge pour assurer un transfert de puissance maximum.

Distribution du TD4 d'Electrocinétique.

Correction des exercices 1, 2, 3 et 5 du TD4.

Interrogation de cours

EC5 Puissance en régime sinusoïdal forcé

Correction de l'exercice 4 du TD4.

EC6 Filtres linéaires

1. Définition et caractérisation des filtres
1. Définition
2. Caractérisation des filtres en électronique
Ordre d'un filtre, fonction de transfert, écart en décibels, diagramme de Bode (gain en dB, phase).
2. Filtre d'ordre 1
1. Filtre passe-bas
Comportement à haute et basse fréquence, fonction de transfert, gain et phase. Diagramme de Bode: asymptotes, pulsation de coupure.