Carte mentale 1ère Spé

Ondes et signaux

Mouvement et interaction

Interactions fondamentales et introduction à la notion de champ

Description d'un fluide au repos

Mouvement d'un système

Carte mentale1 Spécialité

P. Mourelon

Ondes mécaniques

ère

La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire

L'énergie : conversions et transferts

Aspects énergétiques des phénomènes électriques

Aspects énergétiques des phénomènes mécaniques

Constitution et transformations de la matière

De la structure des entités aux propriétés physiques de la matière

Suivi de l'évolution d'un système, siège d'une transformation

Propriétés physico-chimiques, synthèses et combustions d'espèces chimiques organiques

P. Mourelon

Interaction électrostatique

Loi de Coulomb

Force et champ de gravitation

Force et champ électrostatique

• Par frottement
• Pas influence
• Par contact

Force :Champ :

Force :Champ :

P. Mourelon

Loi de Mariotte

Force pressante

Loi fondamentale de la statique des fluides

Grandeurs macroscopiques et comportement microscopique

P.V = Constante

F = P.S

(Unité : F en N, P en Pa, S en m²)

P - P = ρ.g.(z - z )

B A A B

Grandeurs :Echelle macroscopique :Echelle microscopique :

FluidePas de mouvement d'ensembleMouvement incessant et désordonné des entités

TempératureMesurée grâce à un thermomètreAgitation des entités

PressionMesurée grâce à un manomètreChoc des entités

Masse volumiquePour un liquide > pour un gazProximité des entités

Vecteur variation de vitesse

Rôle de la masse

Plus la masse est élevée, plus la valeur du vecteur variation vitesse est faible

Le vecteur variation vitesse est lié à la résultante des forces s'exerçant sur le système étudié

P. Mourelon

Rendement

P. Mourelon

Porteurs de charge

Particules chargées positivement ou négativement

Puissance et énergie

• Dipôle générateur : la puissance est fournie
• Dipôle récepteur : la puissance est reçue

P = U.IE = P. ∆ t

(Unité : P en Watt, U en Volt, I en Ampère, E en Joule et t en seconde)

Modèle d'une source réelle de tension continue

Une source réelle de tension est modélisée par l'association en série d'une source idéale de tension et d'un conducteur ohmique

Effet Joule

Puissance électrique reçue par un dipôle ohmique dissipée par transfert thermique.

Energie dissipée par effet Joule : E = P x ∆t = R x I x ∆t

J J

2

η = Putile/Preçue = Eutile / Ereçue

Lien entre intensité et débit de charges

Conducteur électrique : sens conventionnel du courant est celui des charges positives donc de la borne + vers la borne -. Les électrons vont dans le sens inverse.

I = Q / ∆ t

P. Mourelon

Travail d'une force

Théorème de l'énergie cinétique

Force conservative

Force non-conservative

Energies

• Energie cinétique : Ec = 1/2 m v²
• Energie potentielle de pesanteur : Epp = m g h
• Energie mécanique : Em = Ec + Epp

• > 0 : Moteur
• = 0 : Nul
• < 0 : Résistant

Si son travail ne dépend pas de la trajectoire.Exemple : Le Poids

Si son travail dépend de la trajectoire.Exemple : Les forces de frottement

Variation de l'énergie mécanique

• Conversion de l'énergie mécanique si la somme des travaux des forces s'exerçant sur le système est nulle ou s'il n'y a que des forces conservatives.
• Non conservation de l'énergie mécanique si le système n'est soumis qu'à des forces non-conservatives dont le travail n'est pas nul.

Suivi et modélisation de l'évolution d'un système chimique

Détermination de la composition du système initial à l'aide de grandeurs physiques

Détermination d'une quantité de matière grâce à une transformation chimique

P. Mourelon

Concentration

Couleur d'une espèce en solution

Loi de Beer-Lambert

P. Mourelon

Masse molaire

• entité : M(entité) = m(entité) × Na
• espèce : M(espèce) =

avec Na = 6,02.10 mol M en g.mol

23 -1

∑ M(entité)

-1

Concentration molaire : C = n / V

Concentration massique : Cm = m / V

C = Cm / M ou Cm= C. M

Quantité de matière

• Pour liquide : n = (ρ×V) / M
• Pour gaz : n = V(gaz) / V(molaire)

n = m / M ou n = C.V

Couleur perçue = couleur complémentaire de la couleur absorbée

Exemple KMnO : Couleur perçue violet, couleur absorbée vert/jaune (540 nm)

4

A = ε.l.c

P. Mourelon

Réactif limitant = Réactif totalement consommé en premier x(max) le plus petitComment trouver x(max) :

• Hypothèse 1 : A est réactif limitant alors n (A) - 3 x(max) = 0
• Hypothèse 2 : B est réactif limitant alors n (B) - x(max) = 0

Si xf = x(max) : transformation totaleSi xf < x(max) : transformation partielleMélange stoechiométrique = réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

Tableau d'avancement

Réaction d'oxydo-réduction

Couple : (Ox/Red)Oxydation : Red = Ox + n eRéduction : Ox + n e = RedEquation d'oxydoréduction : Ox(1) + n e = Red(1) Red(2) = Ox(2) + n e Ox(1) + Red(2) = Red(1) + Ox(2)

-

-

-

-

0

0

P. Mourelon

Avant l'équivalence :Après l'équivalence :

Titrage avec suivi colorimétrique

changement de couleur = équivalence

L'équivalence

L'équivalence : réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

De la structure à la polarité d'une entité

De la structure à la cohésion et à la solubilité/miscibilité d'espèces chimiques

P. Mourelon

Polaire Apolaire

P. Mourelon

Schéma de Lewis

Géométrie des entités

Electronégativité

• Tétraédrique : atome central lié à 4 atomes

• Pyramide à base triangulaire : atome central lié à 3 atomes + 1 doublet non liant
• Triangulaire : atome central lié à 3 atomes
• Coudée : atome central lié à 2 atomes + 2 doublets non liants

ou 2 atomes + 1 doublet non liant

• Linéaire : atome central lié à 2 atomes

Liaison polarisée : différence d'électronégativité entre les deux atomes > 0,4.Molécule polaire : position des charges partielles positives et négatives non confondues

P. Mourelon

Cohésion dans un solide

Dissolution

Extraction liquide-liquide

Solubilité dans un solvant

• Interaction électrostatique : entre les ions des composés ioniques
• Interaction de Van der Waals : entre molécules polaires ou apolaires
• Liaison hydrogène : entre un atome d'hydrogène lié à un atome très électronégatif

et un doublet non liant d'un atome électronégatif

Savons

eau

M X --> n M + p X

n p (s) (aq) (aq)

p+ n-

DissociationSolvatationDispersion

Concentration des ions : [M ] = n(M )/V

p+ p+

solution

• Le soluté doit être soluble dans le solvant choisi
• Les autres espèces du mélange ne doivent pas être soluble dans le solvant choisi
• Le solvant choisi doit être le moins dangereux possible pour la santé et l'environnement

• Soluté ionique soluble dans solvant polaire
• Molécule polaire soluble dans solvant polaire
• Molécule apolaire soluble dans solvant apolaire

Espèces amphiphiles car composées d'une chaîne carbonée (lipophile) et d'un ion carboxylate (hydrophile).Espèces amphiphiles = tensioactifs

Structure des entités organiques

Synthèse d'espèces chimiques organiques

Conversion de l'énergie stockée dans la matière organique

P. Mourelon

Formule brute et semi-développée

Familles fonctionnelles

Spectroscopie infrarouge

P. Mourelon

• Formule brute : symboles + nombre des atomes (exemple CH 0H)
• Formule semi-développée : symbole des atomes + liaisons (exemple : )

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Permet de déterminer la structure d'une molécule inconnue

Rendement d'une synthèse

Etapes d'un protocole

Dispositifs expérimentals

• Transformation des réactifs
• Isolement : décantation, distillation, filtration...
• Purification : séchage, recristallisation ...
• Analyse : banc Köfler, mesure de la température d'ébullition / de la masse volumique, CCM, spectre IR...

P. Mourelon

1. réfrigérant à boule
2. bouchon
3. ballon
4. chauffe-ballon
5. Support

Distillation fractionnée

Montage à reflux

CCM

1. colonne de vigreux
2. réfrigérant
3. chauffe-ballon
4. ballon
5. éprouvette graduée

Energie molaire de liaison

Enjeux de société

P. Mourelon

Réaction de combustion

Réaction d'oxydoréduction entre les couples : (O / H O) et (CO / C H O )

2 2 2

x y z

E : Energie à fournir pour rompre les liaisons d'une mol de molécules AB toujours > 0 en J/mol

L (g)

Energie molaire de réaction

Pour les combustions :

• < 0 car libère de l'énergie
• appelée énergie molaire de combustion

Pouvoir calorifique

Energie libérée par la combustion d'un kilogramme de combustible

Energie de réaction

(Unité : E en Joule)

(Unité : E en joule, m en kg, PC en J/kg)

Réduire production de dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, gaz à effet de serre...

Biocarburant

Biomasse

Microalgues

Energie renouvelable

P. Mourelon

Onde mécanique progressive

Célérité d'une onde

Retard

Périodicité spaciale et temporelle

Phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière mais d'énergie.

Longitudinale Transversale

τ = t - t

B A

Périodicité temporelle : Période T (en seconde) est la plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète, Fréquence (en Hz), f = 1/T

Périodicité spatiale : Longueur d'onde λ (en mètre) est la plus petite distance séparant deux points du milieu dans le même état vibratoire à un instant donné.

v = λ / T

Images et couleurs

Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

P. Mourelon

Les lentilles

P. Mourelon

Synthèse additive

Synthèse soustractive

Vision des couleurs

Image réelle : obtenue sur un écranImage virtuelle : ne peut se former sur un écranGt > 0 : Image droiteGt < 0 : Image renversée

P. Mourelon

Domaine spectral

Relation entre longueur d'onde, célérité de la lumière et fréquence

Energie d'un photon

Interaction lumière-matière

Quantification des niveaux d'énergie des atomes