e3a-Polytech 2020 MP Physique-chimie : sujet en PDF

Sujet de l'épreuve de Physique-chimie du Concours e3a-Polytech, France, session 2020, filière MP, en 4 heures. Thème : Paramètres de Thiele et Small d'un haut-parleur, chimie du titane.

À savoir sur cette copie. Le cahier-réponses annoncé en première page ne figure pas dans les fichiers officiels du concours.

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Ce que traite le sujet, partie par partie

• Problème 1, partie I : modélisation d'un haut-parleur électrodynamique. Modèle des rails de Laplace : équation électrique avec la force électromotrice induite, équation mécanique de l'équipage mobile avec suspension et frottements, puis masse effective due au rayonnement acoustique et impédance acoustique.
• Problème 1, partie II : impédance électrique équivalente. En combinant les deux équations, le haut-parleur équivaut à une résistance suivie d'un circuit RLC parallèle traduisant la partie mécanique ; maximum de la partie réelle, pulsation de résonance mécanique et facteur de qualité.
  À revoir : Régime sinusoïdal forcé, Circuits électriques dans l'ARQS
• Problème 1, partie III : mesures de R_E, f_s et Q_ms. Mesure de l'impédance à l'oscilloscope avec une résistance en série, exploitation des courbes de module et de phase, détermination graphique de la fréquence de résonance et du facteur de qualité.
  À revoir : Régime sinusoïdal forcé, Circuits électriques dans l'ARQS
• Problème 1, partie IV : mesure de l'amplitude du déplacement de la membrane. Amplitude du déplacement en fonction de la fréquence, puis mesure par un interféromètre de Michelson en ondes centimétriques réglé en lame d'air : éclairement linéarisé, choix de l'épaisseur de travail et exploitation de la courbe obtenue.
  À revoir : Interféromètre de Michelson, Superposition d'ondes lumineuses, trous d'Young et réseau, Régime sinusoïdal forcé
• Problème 2, partie I : généralités et extraction du titane. Configuration électronique du titane, puis réduction de l'ilménite par le carbone : enthalpie et entropie standard de réaction, variance, choix de la température et pertinence du mode opératoire.
  À revoir : Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques : grandeurs standard de réaction et effets thermiques, Second principe : enthalpie libre, potentiel chimique et équilibre chimique, Optimisation d'un procédé : facteurs d'équilibre et déplacement d'équilibre
• Problème 2, partie II : applications des alliages du titane. Maille du nitrure de titane (réseau cubique à faces centrées, population, rayon, sites interstitiels), cinétique d'une dégradation photocatalysée par le dioxyde de titane, puis titrage des ions titane(III) par les ions cérium(IV) et pH de précipitation de l'hydroxyde de titane(III).
  À revoir : Oxydoréduction et piles électrochimiques, Réactions de dissolution et de précipitation

Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet

• Régime sinusoïdal forcé
• Circuits électriques dans l'ARQS
• Interféromètre de Michelson
• Superposition d'ondes lumineuses, trous d'Young et réseau
• Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques : grandeurs standard de réaction et effets thermiques
• Second principe : enthalpie libre, potentiel chimique et équilibre chimique
• Optimisation d'un procédé : facteurs d'équilibre et déplacement d'équilibre
• Oxydoréduction et piles électrochimiques
• Réactions de dissolution et de précipitation

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