Mines-Ponts 2024 MP Physique 2 : sujet en PDF

Sujet de l'épreuve de Physique 2 du Concours commun Mines-Ponts, France, session 2024, filière MP, en 3 heures. Thème : Thermodynamique du froid : refroidissement des supraconducteurs et détente des gaz.

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Ce que traite le sujet, partie par partie

• Problème I, section A : refroidissement progressif d'un supraconducteur. Équation de diffusion thermique, condition de température uniforme dans une boule, capacité et résistances thermiques conducto-convective et conductive dans le liquide, puis évolution exponentielle de la température et durée avant la transition supraconductrice.
  À revoir : Équations différentielles linéaires du premier ordre
• Problème I, section B : refroidissement stationnaire d'un fil supraconducteur. Fil cylindrique siège d'une production volumique de puissance : flux conductif, température de surface et température maximale sur l'axe, et puissance critique au-delà de laquelle survient le quench.
• Problème II, section A : thermodynamique statistique des gaz parfaits. Loi de Boltzmann et fonction de partition, énergie moyenne et écart-type, densité d'états d'un gaz parfait monoatomique et énergie interne, généralisation au gaz diatomique.
• Problème II, sections B et C : modèle de van der Waals et détente de Joule-Thomson. Énergie d'interaction moyenne de molécules soumises à une attraction en 1/r^6, énergie interne, entropie et équation d'état de van der Waals, puis enthalpie molaire au premier ordre, détente isenthalpique et condition de refroidissement appliquée au diazote et au dihydrogène.

Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet

• Équations différentielles linéaires du premier ordre

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