CCINP 2022 PSI Physique-chimie : sujet en PDF

Sujet de l'épreuve de Physique-chimie du Concours Commun INP (CCINP), France, session 2022, filière PSI, en 4 heures. Thème : Traitement des effluents et électrolyse de l'or, décantation, séparateur à courants de Foucault, cycle de Hirn, machine synchrone.

Ce que traite le sujet, partie par partie

• Partie I : traitement des effluents et récupération de métaux précieux. Diagramme E-pH du chrome : nombres d'oxydation, couple acido-basique, produit de solubilité et constantes d'équilibre, réduction du chrome VI. Élimination des cyanures avec les diagrammes E-pH et risque d'acidifier l'eau de Javel. Électrolyse de l'or : montage à trois électrodes, courbe intensité-potentiel, potentiel de la cathode, masse récupérée et influence de la surface d'électrode.
• Partie II : décantation dans le traitement des eaux. Vitesse limite d'une particule et temps d'établissement, courants convectif et diffusif avec la loi de Fick, profil n(z) en régime permanent, temps caractéristiques de sédimentation et de diffusion, condition de clarification statique, puis condition sur le temps de traversée en clarification dynamique.
• Partie III : ferme solaire. En autonomie, énergie lumineuse reçue à partir de l'amplitude du champ électrique de l'onde et nombre de foyers alimentés, compte tenu du rendement des cellules.
• Partie IV : séparateur à courants de Foucault. Cadres de l'induction, force de Laplace instantanée puis moyenne sur une particule conductrice soumise à un champ magnétique glissant, variation d'énergie cinétique et vitesses de sortie, séparation des déchets conducteurs, aimantables et inertes.
• Partie V : turbine à gaz. Comparaison des émissions de CO2 du méthane et du fuel à partir des pouvoirs calorifiques, puis cycle de Hirn de l'eau sur le diagramme log(P)-h : tableau d'états, travail de la turbine, transferts thermiques, rendement et débit massique.
• Partie VI : machine synchrone. Champ dans le circuit magnétique et l'entrefer par le théorème d'Ampère, allure du champ d'une spire puis d'un enroulement à trois spires, champ tournant de la machine diphasée, énergie magnétique, couple électromagnétique, condition de couple moyen non nul et conditions de fonctionnement en alternateur et en moteur stable.

Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet

• Diagrammes potentiel-pH
• Oxydoréduction et piles électrochimiques
• Réactions de dissolution et de précipitation
• Réactions acide-base
• Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques : grandeurs standard de réaction et effets thermiques
• Régimes transitoires
• Grandeurs, unités, analyse dimensionnelle et ordres de grandeur

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