Étiquette : Thermodynamique

02/02 Electromagnétisme

TD

  • Physique CCP TSI 2013 – Partie 2 Chauffage à induction
  • câble conducteur parcouru un courant variable dans le cadre de l’ARQS: champ magnétique, électrique, vecteur de Poynting, bilan énergétique
  • Physique 2 CCP PC 2012 – Problème 2 Modéle d’électron élastiquement lié, pouvoir rotation d’un milieu
  • Physique 1 CCP MP 2014 – Problème 2 Pompe à chaleur (première partie)

Approche documentaire

  • commentaires sur l’expérience de Stern et Gerlach

Documents distribués

  • corrigé des exercices du TD EM4
  • Physique CCP TSI 2013
  • Physique 2 CCP PC 2012 – Problème 2
  • Physique 1 CCP MP 2014 – Problème 2
  • corrigé de l’approche documentaire sur l’expérience de Stern et Gerlach

02/10 Optique & Thermodynamique

O2 Interférences lumineuses

  1. Superposition de 2 ondes lumineuses
    1. Premier critère de cohérence
      • superposition de 2 ondes: amplitude et intensité résultante
      • notion de cohérence: les deux sources sont cohérentes si I ≠ I1 + I2 et incohérentes si I = I1 + I2
      • il faut que les 2 sources aient même longueur d’onde
    2. Amélioration du critère de cohérence
      • le première critère est insuffisant
      • influence du terme de déphasage lié à la source, mécanisme d’émission, modèle des trains d’onde
      • il faut que les 2 ondes qui interfèrent soient issues de la même source, nécessité d’un diviseur d’onde.
    3. Exemple de diviseurs d’ondes
      • trous d’Young
      • interféromètre de Michelson

TD

  • exercices 2.4 du TD T3

Documents distribués

  • fiches de résumé du chapitre T3

29/09 Optique & Thermodynamique

O1 Modèle scalaire des ondes lumineuses

  1. Rappel – Dualité onde-corpuscule – Approximation de l’optique
    géométrique
    1. Optique géométrique
      • propagation en ligne droite dans les milieux homogènes, transparents, isotropes (HTI)
      • indépendance des rayons lumineux
    2. Propagation de la lumière – Onde électromagnétique
      • limite de l’optique géométrique: diffraction, interférences
      • propagation d’une onde électromagnétique: périodicités temporelle et spatiale, vitesse de propagation
      • visible: gamme de fréquences et de longueurs d’onde
      • indice d’un milieu transparent
    3. Le photon, modèle corpusculaire de la lumière
      • énergie et quantité d’un mouvement d’un photon
  2. Description d’une onde lumineuse
    1. Amplitude lumineuse
      • en un point M, la lumière est caractérisée par une grandeur scalaire du type a(M)=A cos(ωt-φ(M)) avec
        • A(M): amplitude de l’onde
        • ω: pulsation ω=2π/λ
        • φM: retard de phase en M, on a φMS + τM où τM est la durée de propagation de l’onde entre S et M.
      • Notion de chemin optique – Surface d’onde
        • cas d’un milieu homogène
        • cas d’un milieu inhomogène
        • le chemin optique [SM] est une mesure homogène à une longueur du temps de propagation entre S et M: τM=[SM]/c
        • surface d’onde
      • Notion d’intensité
        • les détecteurs optiques sont sensibles à < a(M,t)2 >
        • l’intensité lumineuse I(M) est définie par I(M)=< a(M,t)2 >
        • l’intensité lumineuse s’identifie à la puissance lumineuse surfacique; I est en W.m2
  3. Loi de Malus
    1. Onde sphérique dans un milieu homogène
      • une onde sphérique est une onde émise par une source ponctuelle monochromatique dans un milieu homogène
      • propagation rectiligne de la lumière, expression du chemin optique, forme des surfaces d’onde
      • décroissance de l’amplitude en 1/r
      • les surfaces d’onde sont perpendiculires aux rayons lumineux
    2. Onde plane dans un milieu homogène
      • réalisation pratique à l’aide d’une lentille convergente
      • amplitude constante, rayons lumineux parallèles entre eux, surfaces d’onde planes
      • calcul du terme de déphasage en passant par un point origine quelconque
    3. Formation des images en terme de chemin optique
      • pour un système stigmatique, les chemins optiques entre un point et son image géométrique sont égaux

TD

  • exercices 1.1, 2.1 et 2.3 du TD T3

Travail à préparer

  • exercice 3.2 du TD T2 à rendre pour mardi 03/10
  • exercice 1.2, 2.5 et 3.1 du TD T3 à rendre pour vendredi 06/10

Documents distribués

  • énoncé du TD T3

25/09 Thermodynamique

T3 Diffusion et rayonnement thermiques

  1. Diffusion thermique
    1. Conservation de l’énergie
    2. Loi de Fourier
    3. Equation de diffusion
    4. Conditions aux limites
      • à l’interface entre deux solides: continuité de la température et de la composante normale du vecteur jth
      • à l’interface entre un solide et un fluide: loi des échanges conducto-convectifs de Newton
  2. Régime stationnaire
    1. Conservation du flux
      • on écrit le premier principe pour un volume tel que la surface latérale soit un tube de champ
      • localement, la conservation du flux se traduit par div jth=0
      • validité dans le cadre de l’ARQS
    2. Résistance thermique – Analogie électrothermique – ARQS
      • exemple de la barre calorifugée: ΔT=RthΦ avec Rth=L/λS
      • analogie électrothermique, association de résistances
      • exemple du double-vitrage
      • ARQS: on peut utiliser les résultats précédents en régime variable si le profil de température au niveau de la résistance thermique est le même qu’en régime stationnaire soit si τ >> Tdiff où τ est le temps caractéristique des variations extérieures de température et Tdiff=L2/D, temps caractéristique d’établissement du profil de température au niveau de la résistance thermique
  3. Approche descriptive du rayonnement du corps noir
    1. Rayonnement d’un corps
      • résultats expérimentaux: lampe à filament, si T augmente, λ diminue
      • modèle du corps noir (Planck)
      • allure de la densité spectrale de puissance surfacique émise
    2. Loi de Wien et de Stefan
    3. Effet de serre
      • puissance émise par le Soleil
      • puissance reçue par la Terre, puissance émise par la Terre
      • équilibre radiatif: la température de la Terre étant constante, elle reçoit autant d’énergie qu’elle en émet.
      • influence de l’atmosphère

22/09 Thermodynamique

T3 Diffusion et rayonnement thermiques

  1. Diffusion thermique
    1. Conservation de l’énergie
      • équation de conservation à 1D
      • équation de conservation à 3D
      • forme générale d’une équation de conservation
    2. Loi de Fourier
      • résultats expérimentaux
      • jth=-λgradT
      • ordre de grandeur
    3. Equation de diffusion
      • à 1 dimension
      • à 3 dimensions
      • coefficient de diffusion D=λ/ρc
      • irréversibilité
      • ordre de grandeur: L2= DΔt

TD

  • exercices 1.2, 2.3, 2.4 du TD T2
  • dynamique de refroidissement d’une tasse: modélisation, mise en équation, ordre de grandeur

Documents distribués

  • corrigé des exercices 1.1 et 3.1

18/09 Thermodynamique

T2 Diffusion de particules

  1. Exemples
    1. Régime stationnaire unidimensionnel en l’absence de sources
      • en coordonnées cartésiennes, jN est constant
      • expression de n(x), profil linéaire de concentration
    2. Conservation du flux en régime stationnaire
      • démonstration générale: en l’absence de sources, le long d’un tube de champ, le flux se conserve
      • en géométrie cylindrique
      • en géométrie sphérique
    3. Exemple en régime non stationnaire
      • forme de la solution
      • condition initiale, conditions aux limites
      • conservation du nombre de particules
      • allures du graph n(x,t)
      • évolution de la largeur à mi-hauteur

T3 Diffusion et rayonnement thermiques

  1. Transfert et flux thermiques
    1. Modes de transfert thermique
      • diffusion thermique ou conduction
      • convection
      • rayonnement
    2. Flux thermique et vecteur densité de courant thermique
      • puissance traversant une surface S pendant dt
      • définition du vecteur densité de courant thermique jth
  2. Diffusion thermique
    1. Conservation de l’énergie
      • équation de conservation à 1D

TD

  • exercice 2.4 du TD T2

DS

  • remise des copies corrigées du DS n°1

Travail à préparer

  • lire et travailler l’introduction du chapitre O1

Documents distribués

  • corrigé du devoir surveillé n°1
  • fiches de résumé de cours du chapitre T2
  • introduction du chapitre O1
  • introduction du chapitre T3

15/09 Thermodynamique

T2 Diffusion de particules

  1. Diffusion à trois dimensions
    1. Flux de molécules
    2. Conservation du nombre de particules
    3. Loi de Fick
    4. Equation de la diffusion

TD

  • exercice 2.2 du TD T2
  • problème 1 du TD T1

Documents distribués

  • énoncé du TD T2

11/09 Thermodynamique

T2 Diffusion de particules

  1. Phénomènes diffusifs
    1. Systèmes hors d’équilibre
    2. Diffusion de matière
  2. Diffusion à une dimension
    1. Flux de molécules
    2. Conservation du nombre de particules
    3. Loi de Fick – Coefficient de diffusion
      • constations expérimentales
      • loi de Fick à 1 dimension
      • coefficient de diffusion: unité, ordre de grandeur
    4. Equation de diffusion
      • on regroupe les deux équations: loi de Fick et conservation de la matière
      • en l’absence de terme source, équation de la diffusion
      • équation linéaire et non invariante par retournement du temps
      • ordre de grandeur, relation entre les échelles spatiale et temporelle
    5. Approche microscopique de la diffusion
      • modèle microscopique discret: saut de longueur a égale au libre parcours moyen de durée τ avec a=τ v* où v* est la vitesse d’agitation thermique
      • D=a v*
      • ordre de grandeur

DM

  • remise des copies corrigées du DM0

08/09 Thermodynamique

TD

  • problème 2 du TD T1

DM

  • copies du DM0 ramassées

Documents distribués

  • corrigé du DM0