T. Pratiques-Classe de terminale

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Travaux pratiques de chimie

 Cinétique chimique

 Suivi d'une cinétique chimique par spectrophotométrie

 Suivi d’un avancement par pHmétrie

 Détermination de constantes de réaction par conductimétrie

 Titrage pHmétrique

Travaux pratiques de physique

 Ondes mécaniques progressives

 Ondes mécaniques progressives périodiques

 Modèle ondulatoire de la lumière

 Caractère aléatoire de la désintégration radioactive

 Etude du condensateur et du dipole RC

 Etude du dipole RL

Source : http://www.web-sciences.com/

Travaux pratiques de chimie

Cinétique chimique

I. Objectifs

Etude de la réaction entre l'eau oxygénée et les ions iodure.

II. Matériel

• Un bécher de 250mL.

• Dix béchers de 100mL.

• Une burette de 25mL.

• Une fiole jaugée de 50mL.

• Une pipette jaugée de 10mL.

• Une pipette jaugée de 2mL.

• Un pipeteur.

• Un agitateur magnétique.

• Une paire de gants et des lunettes de protection.

• De l’eau distillée et de la glace.

• Une solution d'eau oxygénée à 0,5 volume environ (à titrer par le professeur).

• Une solution d’iodure de potassium de concentration 0,10mol.L-1.

• Une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire C=0,10mol.L-1.

• De l’empois d'amidon (ou solution de thiodène ou " iodex ")

• De l’acide sulfurique de concentration molaire 3,0mol.L-1.

III. Manipulation

Remarques:

L'équation de la réaction étudiée s'écrit:
H202(aq) + 2 I-(aq) + 2 H+(aq)  I2(aq) + 2H2O(l)
Le diiode I2(aq) produit est titré par les ions thiosulfate selon la réaction:

I2(aq) + 2S2032-(aq)  2 I-(aq) + S4062-(aq)

1. Dans un bécher de 250mL, introduire 50mL de la solution d'eau oxygénée (mesurés avec une fiole jaugée de 50 mL).

2. Acidifier en ajoutant 2,0mL d’acide sulfurique de concentration molaire 3,0mol.L-1 (utiliser une pipette jaugée munie d'un pipeteur et prendre les précautions relatives aux acides concentrés).

3. Ajouter une spatule d’iodex.

4. Dans une fiole jaugée de 50mL, mesurer 50mL de la solution d'iodure de potassium.

5. Ajouter cette solution à la solution d’eau oxygénée et déclencher le chronomètre au moment du mélange. Homogénéiser.

6. Repartir le mélange, à l'aide d'une pipette jaugée munie d'un pipeteur, entre dix béchers à raison de 10mL par bécher.

7. A la date t1=2minutes, ajouter dans l'un des béchers environ 50mL d'eau glacée (ou placer le bécher dans l'eau glacée). Effectuer le titrage par la solution de thiosulfate de sodium.

8. Recommencer les mêmes opérations aux différentes dates indiquées dans le tableau ci-dessous. Compléter ce tableau en indiquant les volumes équivalents Véq pour chaque titrage.

t(min)

2,0

6,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Véq(mL)

I.V Exploitation

1. Dresser le tableau d'évolution du système étudié. Exprimer, en fonction de l'avancement x, la quantité de matière de diiode n(I2(aq)) produit a la date t.

2. Dresser le tableau d'évolution de la réaction qui sert de support au titrage. Exprimer n(I2(aq)) en fonction de Véq et de la concentration molaire C de la solution de thiosulfate de sodium.

3. Calculer x à chaque date t dans les 100mL de mélange réactionnel. Regrouper les résultats sous forme d'un tableau.

4. Tracer la représentation graphique x=f(t).

5. Calculer le temps de demi-réaction t1/2.

6. Evaluer la vitesse volumique de réaction aux dates t=0 et t=30minutes. Comment évolue cette vitesse? Justifier.

Suivi d'une cinétique chimique par spectrophotométrie

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

Savoir utiliser un spectrophotomètre pour:

• Tracer la courbe d’étalonnage A=f(C) d’un spectrophotomètre.

• Suivre la cinétique de la réaction entre les ions iodure et l’eau oxygénée en milieu acide à l’aide d’un spectrophotomètre.

II. Matériel

• Une fiole jaugée de 10mL

• Trois béchers de 100mL.

• Deux cuves U.V. pour spectrophotomètre.

• Une pissette d’eau déminéralisée.

• Une pipette graduée de 10mL et une propipette.

• Deux pipettes jaugées de 1mL.

• Une solution aqueuse acidifiée (par 2mL d’acide sulfurique) d’iodure de potassium de concentration C1=0,25mol.L-1.

• Une solution d’eau oxygénée de concentration C2=4,0.10-2mol.L-1.

• Une solution de diiode dans l’iodure de potassium de concentration C0=1,0.10-3mol.L-1.

• Un ordinateur muni d’une interface de mesures, du logiciel Régressi et d’un module photocolor (société Micrelec).

III. Étalonnage du spectrophotomètre

1. Réglages du système de mesures

• Module photocolor

  • Voie de mesure : EA4.

  • Nom de la voie: I (intensité lumineuse).

  • Étalonnage : 0 – 100 S.I.

• Abscisse: Clavier (C de 0 à 0,001mol.L-1).

2. Manipulation

1. Fixer la longueur d’onde de la radiation utilisée par le spectrophotomètre à 470nm.

2. Placer de l’eau distillée dans la cuve du spectrophotomètre et mesurer l’intensité lumineuse transmise à travers ce solvant.

3. Préparer une solution de diiode en versant à l’aide de la pipette graduée un volume V1=2,0mL de solution mère de diiode dans la fiole jaugée de 10mL et en complétant avec de l’eau distillée . On obtient la solution S1.

4. Remplir la cuve du spectrophotomètre avec la solution S1 et mesurer l’intensité lumineuse transmise.

5. Renouveler ces opérations de façon à compléter le tableau suivant:

Solution n°

0

1

2

3

4

5

Vo (mL)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

[I2] (mol.L-1)

0,0

1,0.10-3

I (S.I.)

Io

A = log( I / I0 )

3. Exploitation

1. Tracer le graphe A=f(C) et le modéliser de la sous la forme A=k.C.

2. Conclure.

III. Suivi de la réaction entre les ions iodure et l’eau oxygénée en milieu acide

L'équation de la réaction étudiée s'écrit:

H202(aq) + 2 I-(aq) + 2 H+(aq)  I2(aq) + 2H2O(l)

1. Réglages du système de mesures

• Module photocolor

  • Voie de mesure: EA4.

  • Nom de la voie: I (intensité lumineuse). Étalonnage: 0 – 100 S.I.

• Abscisse: temps (200 points de mesure en 1500s).

2. Manipulation

1. A l’aide de la pipette jaugée, verser 1,0mL de la solution d’iodure de potassium acidifiée dans la cuve et placer celle-ci dans le spectrophotomètre (longueur d’onde 470nm).

2. A l’aide d’une autre pipette jaugée, ajouter rapidement 1,0mL de la solution d’eau oxygénée. Fermer le couvercle du spectrophotomètre, attendre environ 2 secondes et lancer l’acquisition.

3. Lorsque l’acquisition est terminée, transférer les mesures dans le logiciel Régressi.

3. Exploitation

1. Calculer la variable .

2. Tracer le graphe A=f(t).

3. Calculer la variable .

4. Donner l’expression de la quantité de diiode formée n(I2) en fonction de [I2].

5. En déduire l’expression de l’avancement x et tracer la courbe x=f(t).

6. Déterminer la vitesse volumique initiale et la vitesse volumique au voisinage de t=10 minutes.

7. Justifier l’évolution de cette vitesse.

8. Déterminer le temps de demi réaction.

Suivi d’un avancement par pHmétrie

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Déterminer le taux d’avancement final d’une transformation à l’aide d’une mesure de pH.

• Étudier le déplacement d’équilibre de cette réaction.

• Comparer le comportement d’acides différents.

II. Matériel et réactifs

• Un pipeteur à crémaillère.

• Deux pipettes jaugées de 10mL.

• Deux fioles jaugées de 100mL.

• Quatre béchers de 100mL.

• Un agitateur magnétique.

• Un pH mètre muni d’une électrode.

• Du papier Joseph.

• Une pissette d’eau déminéralisée.

• Deux solutions tampon de pH respectifs 4,0 et 7,0.

• Un flacon compte goutte d’acide éthanoïque pur (dit glacial).

• Un flacon d’éthanoate de sodium cristallisé.

• Une solution d’acide chlorhydrique de concentration c1=1,0.10-2mol.L-1 (solution (1)).

• Une solution d’acide éthanoïque de concentration c2=5,0.10-2mol.L-1 (solution (2)).

• Une paire de gants et des lunettes de protection.

III. Manipulations

1. Étalonner le pHmètre:

   • Régler le bouton de température.

   • Rincer et sécher l’électrode, puis la tremper dans la solution tampon de pH=7,0. Ajuster l’affichage à 7,00.

   • Rincer et sécher l’électrode, puis la tremper dans la solution tampon de pH=4,0. Ajuster l’affichage à 4,00.

   • Le pHmètre est alors étalonné.
      

2. Mesure du pH des solutions:

   • Verser 50mL de chacune des solutions (1) et (2) dans deux béchers différents.

   • Mesurer le pH de chaque solution (en rinçant l’électrode avant chaque mesure). Noter les résultats.
      

3. Déplacement de l’équilibre par addition d’un réactif concentré:

   • Placer dans deux béchers différents environ 50mL de la solution (2) (acide éthanoïque).

   • En prenant les précautions relatives aux acides concentrés (gants et lunettes de protection), ajouter dans un des béchers quelques gouttes d’acide éthanoïque glacial.

   • Ajouter dans l’autre bécher une spatule d’éthanoate de sodium.

   • Agiter et mesurer le pH des solutions obtenues. Noter ces valeurs.
      

4. Déplacement de l’équilibre par dilution:

   • Préparer 100mL de solution aqueuse d’acide éthanoïque de concentration c2’=5.10-3mol.L-1 et 100mL de solution aqueuse d’acide chlorhydrique de concentration c1’=1,0.10-3mol.L-1.

   • Mesurer le pH de chaque solution et noter sa valeur.

IV. Exploitation

1. Écrire les équations des réactions des deux acides étudiés avec l’eau.

2. Dresser le tableau d’avancement de chaque réaction pour 100mL de solution.

3. Déduire du pH l’avancement final de chaque réaction.

4. Déterminer le taux d’avancement final de chaque réaction. Conclure.

5. Interpréter les résultats obtenus au paragraphe 3.

6. Calculer le taux d’avancement final de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau après la dilution du paragraphe 4.

7. En déduire l’influence de la dilution sur la taux d’avancement.

8. Renouveler l’étude précédente (6. et 7.) pour la dilution de l’acide chlorhydrique.

Détermination de constantes de réaction par conductimétrie

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Savoir effectuer des mesures de conductance.

• Déterminer des constantes de réaction.

• Étudier l’influence de l’état initial sur la valeur de la constante de réaction.

II. Matériel

• Un générateur basse fréquence muni d’une fiche BNC.

• Deux multimètres.

• Cinq grands fils de connexion.

• Un bécher de 200mL.

• Un pied de mécanique muni d’une noix de serrage et d’une pince plate.

• Une cellule conductimétrique.

• Une pissette d’eau distillée.

• Une fiole jaugée de 100mL.

• Une pipette jaugée de 10mL.

• Un pipeteur à crémaillère.

• Une solution aqueuse d’acide éthanoïque notée S1 de concentration C1=1,0.10-2mol.L-1.

• Une solution aqueuse d’acide méthanoïque notée S2 de concentration C2=1,0.10-2mol.L-1.

• Une solution aqueuse de chlorure de potassium notée S0 de concentration C0=1,0.10-2mol.L-1.

III. Manipulation

1. Réaliser le montage permettant les mesures de la conductance G.

2. Appliquer à l’aide du GBF une tension alternative sinusoïdale de fréquence 500Hz.

3. Déterminer la conductance G0 de la solution de chlorure de potassium; pour cela:

   • Rincer la cellule à l’eau distillée.

   • Verser 100mL de la solution de chlorure de potassium dans un bécher.

   • Immerger la cellule conductimétrique et effectuer une mesure de sa conductance G0.

4. Préparer 100mL de solution aqueuse S3 d’acide éthanoïque de concentration C3=1,0.10-3mol.L-1.

5. Déterminer la conductance des solutions S1, S2 et S3.

IV. Exploitation

1. Déterminer la constante k de la cellule conductimétrique (k=L/S), sachant qu’à 25°C, la conductivité de la solution S0de chlorure de potassium est s=0,141S.m-1.

2. Regrouper les résultats des mesures dans un tableau du type ci-dessous:

S0

S1

S2

S3

U (V)

I (A)

G (S)

s (S.m-1)

0,141

3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction d’un acide carboxylique R-COOH avec l’eau.

4. Les conductivités molaires ioniques à 25°C des ions contenus dans les solutions sont:
   l(H3O+)=35,0.10-3S.m2.mol-1; l(CH3CO2-)=4,09.10-3S.m2.mol-1; l(HCO2-)=5,46.10-3S.m2.mol-1;
   Déterminer les concentrations des espèces présentes en solution et compléter le tableau ci-dessous.

5. Exprimer le taux d’avancement à l’équilibre en fonction de [H3O+]éq et de la concentration C de la solution. Le calculer pour chaque réaction.

6. Déterminer la constante de réaction K pour chaque réaction. Préciser quelle est la réaction la plus avancée.

7. Résumer les résultats dans le tableau ci-dessous.

S0

S1

S2

S3

U (V)

I (A)

G (S)

s (S.m-1)

0,141

[H3O+]

[A-]

[AH]

t

K

8. Montrer que, aux incertitudes de mesures près, la valeur de K est indépendante de l’état initial.

Titrage pHmétrique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Détermination du volume versé à l’équivalence par la méthode des tangentes ou de la dérivée.

• Montrer que la réaction de support d’un dosage est totale.

• Déterminer la concentration d’une espèce en solution.

• Vérifier l'indication donnée par l'étiquette du pourcentage en masse d'hydroxyde de sodium présent dans un déboucheur.

• Savoir réaliser des dilutions.

• Connaître les précautions à respecter pour la manipulation des produits dangereux concentrés (lire les étiquettes).

• Savoir réaliser un dosage colorimétrique à la goutte près.

II. Matériel

• Burette de Mohr de 50mL.

• pHmètre muni d’une cellule pHmétrique.

• Support d’électrode pour pHmètre.

• Agitateur magnétique.

• Pissette d’eau distillée.

• Béchers de 50mL, 100mL (x3) et 250mL.

• Papier Joseph.

• Pipette jaugées de 5mL et 20mL munies d’un pipeteur à crémaillère.

• Gants et lunettes.

• Solutions tampons de pH=4 et pH=7.

• Fiole jaugée de 100mL.

• Flacon de bleu de bromothymol.

• Flacon de Destop.

• Solution aqueuse d’acide éthanoïque de concentration 0,10mol.L-1.

• Solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration 0,10mol.L-1.

• Solution aqueuse de chlorure d’hydrogène de concentration 0,10mol.L-1.
   

III. Réaction entre l’acide éthanoïque et la soude

1. Manipulation:

Toute la verrerie sera rincée à l’eau distillée, puis avec un peu de solution.

• Réaliser le montage ci-contre.

• Placer 20mL de la solution d’acide éthanoïque (mesurés à l’aide de la pipette jaugée) dans un bécher de 50mL.

• Remplir la burette de la solution d’hydroxyde de sodium et ajuster au zéro.

• Étalonner le pHmètre.

• Mesurer le pH initial de la solution d’acide éthanoïque.

• Ajouter un volume VB=1mL de la solution d’hydroxyde de sodium, agiter et relever la valeur du pH.

• Renouveler l’opération précédente pour un volume de base VB tel que 0<VB<30mL par pas de 1,0mL en surveillant l’évolution du pH (lorsque l’évolution devient plus marquée (à partir de VB=17,0mL), verser la solution d’hydroxyde de sodium par pas de 0,50mL).

2. Exploitation

• Tracer le graphe pH=f(VB).

• Repérer l’équivalence par la méthode des tangentes parallèles, puis par la méthode de la dérivée et relever les coordonnées du point d’équivalence.

• Relever la valeur du pH pour VB=5,0mL et montrer que la réaction entre l’acide et la base est totale. Pour cela:

  • Dresser la tableau d’avancement de la réaction.

  • Déterminer l’avancement maximal xmax.

  • A partir du pH, déterminer [H3O+]f et [HO-]f. En déduire xf..

  • Déterminer le taux d’avancement final et conclure.
     

IV. Détermination de la concentration d'un produit déboucheur ménager

1. Manipulation:

a. Dilution:

• Muni de gants et de lunettes, préparer 100mL de solution S en diluant le produit ménager au 1/20ème.

• Les gants et les lunettes ne sont désormais plus nécessaires. Prélever 5mL de S et les placer dans un bécher. Ajouter approximativement 20mL d'eau distillée pour obtenir une solution S'.

b. Dosage:

• Ajouter quelques gouttes de bleu de bromothymol.

• Doser la solution S' par l'acide chlorhydrique.

2. Exploitation:

• Déterminer la concentration Co de la solution commerciale en hydroxyde de sodium.

• Sachant que la densité du produit déboucheur est d=1,21 déterminer le pourcentage massique en hydroxyde de sodium de la solution commerciale.

• Comparer avec l'indication donnée par l'étiquette. Déterminer en particulier l'écart relatif entre la valeur trouvée et la valeur indiquée par l'étiquette.

Travaux pratiques de physique

Ondes mécaniques progressives

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Utiliser un oscilloscope pour déterminer une célérité et une distance.

• Déterminer la célérité des ultrasons dans l’air.

• Réaliser un télémètre à ultrasons.

II. Matériel

• Deux platines de câblage et des fils de connexion.

• Un générateur basse fréquence.

• Un générateur de salves d’ultrasons.

• Un émetteur et un récepteur d’ultrasons.

• Un oscilloscope bicourbe et quatre fiches BNC.

• Un réglet et un écran blanc.

• Un pied de mécanique muni d’une noix de serrage et d’une pince trois doigts.

III. Détermination de la célérité des ultrasons

1. Manipulation

• Réaliser le montage ci-dessous: (alimenter le générateur de salves en –15V 0V +15V).

• Placer l’émetteur et le récepteur face à face, sur deux platines différentes. Les séparer d’une distance (notée d) environ égale à trente centimètres et mesurer cette distance avec précision.

• Appliquer au générateur de salves une tension en créneaux voisine de 40kHz de façon à obtenir un signal propre aux bornes de l’émetteur et du récepteur.

• Faire un schéma à l’échelle 1 de l’écran de l’oscilloscope et annoter chaque partie de chacune des courbes.

• Déterminer le retard t d’une salve d’ultrasons perçue par le récepteur.

2. Exploitation

• Donner la raison de l’existence de ce retard t.

• Déterminer la célérité des ultrasons dans l’air dans les conditions de l’expérience.

• Déterminer l’écart relatif à la valeur donnée dans les tables.

IV. Réalisation d’un télémètre à ultrasons

1. Manipulation

• Réaliser le montage ci-contre.

• Régler le dispositif de façon à obtenir des signaux propres.

• Mesurer le retard t de la salve d’ultrasons perçue par le récepteur.

2. Exploitation

• Déterminer la distance télémètre - écran.

• Mesurer cette distance à l’aide d’un réglet et comparer cette valeur à la valeur précédente.

Ondes mécaniques progressives périodiques

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectif

Étudier les ondes mécaniques progressives périodiques.

II. Dispersion des ondes à la surface de l’eau

1. Matériel

• Une cuve à ondes.

• Un stroboscope électronique.

• Un réglet.

• Un objet opaque (plaque de cuivre par exemple).

2. Manipulation

• Mesurer la longueur de l’objet et le placer au fond de la cuve le plus loin possible de la source d’ondes.

• Générer des ondes sinusoïdales planes parallèles de fréquence f1=80Hz.

• Mesurer sur le verre dépoli la longueur correspondant à 5 longueurs d’onde (5l1) ainsi que la longueur de l’image de l’objet opaque.

• Après avoir arrêté le stroboscope de la cuve, déterminer la fréquence exacte f1 de l’onde à l’aide du stroboscope électronique.

• Renouveler ces opérations pour une fréquence f2=25Hz. S’il est difficile de mesurer une longueur correspondant à 5l2, mesurer une longueur correspondant à 3l2.

3. Exploitation

• Compte tenu du grossissement, déterminer les valeurs des longueurs d’onde l1 et l2.

• En déduire les célérités v1 et v2 des ondes de fréquences f1 et f2.

• On se pose maintenant la question de l’origine de l’écart entre les valeurs v1 et v2.

  • Déterminer l’écart relatif entre ces valeurs.

  • Évaluer la précision de la mesure sur l.

  • Comparer ces valeurs et conclure.

II. Etude de la double périodicité

1. Matériel

• Un émetteur d’ultrasons (noté E.U.S.) et un récepteurs d’ultrasons (noté R.U.S.).

• Deux platines de câblage.

• Un oscilloscope bicourbe.

• Trois fiches BNC.

• Un générateur basse fréquence (wavetek Pierron).

• Un réglet.

• Des fils de connexion.

2. Manipulation

• Réaliser le montage suivant:

• Régler la fréquence du GBF au voisinage de 40kHz de façon que le signal reçu soit le meilleur possible et déterminer cette fréquence de façon précise à l’aide de l’oscilloscope.

• Placer le R.U.S. face à l’E.U.S. (quelques centimètres) de façon à ce que les tensions aux bornes de l’E.U.S. et du R.U.S. soient en phase. Le point de l’espace où se trouve l’E.U.S. (qui constitue la source des ondes ultrasonores) sera noté S.

• Repérer sur la table la position M1 du R.U.S. (trait de crayon).

• Faire un schéma annoté à l’échelle 1 des oscillogrammes.

• Reculer le R.U.S. jusqu’au point M2 vibrant en phase (de la même façon) que le point M1.

• Existe-t-il d’autres points Mi qui vibrent en phase avec le point M1? Si oui placer le R.U.S. au point M10 et repérer sa position sur la table (trait de crayon).

3. Exploitation

• Que peut-on dire de la vibration du point M1 par rapport à celle du point S?

• Que peut-on dire de la position des points M1 et M2?

• Qu’est ce que la période spatiale?

• A l’aide des mesures, déterminer la longueur d’onde l de l’onde ultrasonore.

• Sachant que la célérité des ultrasons dans l’air à 20°C est v=342m.s-1, déterminer la valeur de l par le calcul.

• Déterminer l’écart relatif sur la valeur de l.

Modèle ondulatoire de la lumière

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Réaliser le spectre de la lumière blanche.

• Réaliser les figures de diffraction obtenues avec un fil, un trou, une fente.

• Vérifier la pertinence de la relation q = l/a.

II. Matériel

• Une diode laser sur support.

• Une pile de 4,5V et deux pinces crocodiles.

• Des fils de connexion.

• Deux supports élévateurs.

• Deux pieds de mécanique + deux noix de serrage + deux pinces plates.

• Deux porte-lentilles sur support.

• Un support de diapositive.

• Une lentille de vergence C=+10d.

• Un écran et son support.

• Un réglet.

• Un générateur 6V/12V.

• Une lanterne d’optique.

• Un prisme.

• Une fente.

• Une diapositive "5 fentes" Jeulin.

• Une diapositive "5 trous" Jeulin.

• Cinq fils calibrés montés sur un support de diapositive.

• Un mètre à ruban de deux mètres.

III. Spectre de la lumière blanche

1. Manipulation

Réaliser le montage suivant:

2. Réglage

1. Alimenter la lanterne en 6V continu.

2. En l’absence du prisme, positionner convenablement la lentille de façon à obtenir une image nette de la fente sur l’écran (après avoir placé l’écran sur l’axe lanterne lentille).

3. Interposer le prisme entre la lentille et l’écran (décaler l’écran sur le coté). Affiner le réglage de façon à obtenir un spectre propre.

Exploitation

1. Faire un schéma (vu du dessus) présentant le cheminement des différentes radiations (bleu, vert, jaune, rouge).

2. Quelle est la radiation la plus déviée? la moins déviée?

3. Quelle est l’influence de la longueur d’onde sur la déviation?

IV. Observation de figures de diffraction

1. Manipulation

Réaliser le montage suivant:

Réaliser la figure de diffraction dans le cas où l’obstacle est:

• Une fente.

• Un trou.

• Un fil.

V. Vérification de la pertinence de la relation q = l/a.

1. Manipulation

Réaliser le montage suivant:

Placer l’écran à une distance D=1,70m de la fente (on mesurera la distance D avec précision). Cette distance doit rester constante au cours de la manipulation.

Pour chaque fente de largeur a, mesurer la largeur L de la tache centrale.

2. Exploitation

1. Lancer le logiciel Régressi pour Windows.

2. Saisir les valeurs de a et L.

3. Exprimer l’angle q en fonction de L et D et créer la nouvelle variable q.

4. Créer une nouvelle variable "unsura=1/a".

5. Tracer le graphe q=f(1/a), le modéliser par une droite et déterminer son coefficient directeur k.

6. La longueur d’onde du laser utilisé est l=670nm. La relation annoncée est-elle vérifiée? Avec quelle précision?

Caractère aléatoire de la désintégration radioactive

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

Remarque préalable: Nous utilisons le logiciel Aléacrab sous DOS et le tableur Open office sous Windows. Il convient d'adapter le protocole ci-dessous aux logiciels utilisés.

I. Objectifs

• Mettre en évidence le caractère aléatoire de la désintégration radioactive.

• Utiliser un tableur pour calculer la moyenne et l’écart type d’une série de mesures.

• Construire et interpréter l’histogramme comptage/fréquence.

II. Matériel

• Détecteur de radioactivité a et b (détecteur Geiger-Muller) associé à un comteur à affichage numérique (C.R.A.B.).

• Ordinateur muni du logiciel aléacrab et d’un tableur.

III. Caractère aléatoire de la désintégration radioactive

1. Lancement du programme aleacrab (sous DOS) :

• Redémarrer l’ordinateur en mode MS-DOS.

• Taper cd\ puis entrée.

• Taper cd crab puis entrée.

• Taper aleacrab puis entrée.

2. Manipulation

• Placer la source de Césium 137 le plus loin possible du compteur Geiger.

• Choisir "crépite" dans le menu et écouter.

3. Exploitation

• Que représentent les sons entendus ?

• Les particules émises lors de la désintégration des noyaux sont-elles toutes détectées?

• Les sons sont-ils émis régulièrement au cours du temps?

• Que peut-on en déduire sur la nature du phénomène de désintégration?

IV. Réalisation d’une série de comptages

1. Manipulation

• Placer la source de Césium à 4,5cm du compteur Geiger.

• Sélectionner "tableau de cinq séries" dans le menu.

• Imposer une durée de 200ms.

• Réaliser 5 tableaux de 5 séries de mesures et les imprimer.

• Quitter le logiciel et taper exit pour retourner sous Windows.

2. Exploitation

• Lancer la tableur Open office.

• Saisir les données précédentes (chaque tableau de cinq colonnes sous forme d’une colonne).

• Sélectionner toutes les mesures et leurs donner le nom "mesures" (InsertionNomsDéfinir).

• Calculer la valeur moyenne de ces valeurs (=Moyenne(mesures)).

• Calculer l’écart type s (=ecartype(mesures)).

V. Construction de l’histogramme comptage fréquence

• Créer une colonne G contenant les nombres entiers de 0 à 60.

• Dans la colonne H, taper =NB.SI(mesures ;G1).

• Recopier cette formule jusqu’à la ligne 61. Cette formule représente la fréquence d’un comptage dans le tableau de mesures.

• Construire l’histogramme comptage/fréquence sur une feuille de papier millimétré.

VI. Construction automatique de l’histogramme comptage fréquence

• Relancer le programme aléacrab.

• Sélectionner "histogramme en temps réel" dans le menu (durée de comptage: 200ms).

• Observer.

Etude du condensateur et du dipole RC

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Réaliser un montage à partir d’un schéma.

• Réaliser les branchements permettant de visualiser la tension électrique aux bornes d’un dipôle (générateur, condensateur, conducteur ohmique).

• Étudier la charge d’un condensateur à courant constant.

• Étudier la réponse d’un circuit R-C à un échelon de tension.

II. Matériel

• Générateur de tension réglable muni d'une alimentation 0-15V.

• Fiche BNC.

• Générateur de courant.

• Platine de câblage.

• Condensateur de 4700µF monté sur support.

• Résistances de 220W et de 470W.

• Multimètre.

• Fils de connexion

• Ordinateur + interface de mesure + module de raccordement + logiciel Régressi.

III. Charge d’un condensateur à courant constant

1. Montage

1. Réaliser le montage suivant:

Lorsque l’interrupteur est sur E1, le condensateur se charge. Lorsque l’interrupteur est sur E2, le condensateur se décharge.

Réglages

• Placer le bouton de synchronisation du module de raccordement sur EF0.

• Régler le logiciel Régressi de la façon suivante:

  • Abscisse: temps (20 points en 10 secondes).

  • Ordonnée: EA0 nommée uC (ref 0V).

  • Synchronisation: front EF0.

2. Manipulation

1. Placer l’interrupteur inverseur du module de raccordement en position charge, allumer le générateur et régler l’intensité du courant à la valeur 1,00mA.

2. Placer l’interrupteur en position décharge.

3. Cliquer sur acquisition.

4. Placer l’interrupteur en position charge pour réaliser l’acquisition. Relever la valeur précise de l’intensité du courant de charge.

5. Dès que l’acquisition est achevée, replacer l’interrupteur inverseur sur la position décharge.

6. Transférer l’acquisition dans le logiciel Régressi.

3. Exploitation

1. Tracer la courbe uC=f(t).

2. Déterminer son coefficient directeur k.

3. En déduire la capacité C du condensateur.

4. Comparer à la valeur 4700µF indiquée sur le condensateur.

5. Calculer la précision de la mesure (en pourcentage). Le constructeur indique 10%, qu’en pensez vous ?

IV Réponse d’un dipôle R-C soumis à un échelon de tension

Réaliser le montage ci-contre:

A. Etude de l’influence de R

1. Manipulation

Réglages du logiciel

• Placer le bouton de synchronisation du module de raccordement sur EF0.

• Régler le logiciel Régressi de la façon suivante:

  • Abscisse: temps (100 points en 15 secondes).

  • Ordonnée: EA0 nommée uC et EA1 nommée E (ref 0V).

  • Synchronisation: front EF0.

1. Ajuster la tension délivrée par le générateur à 4,5V.

2. Choisir une résistance R=220W et un condensateur de capacité C=4700µF.

3. Réaliser une acquisition.

4. Transférer cette acquisition dans Régressi.

5. Réaliser une nouvelle acquisition avec R=470W.

6. Transférer cette acquisition dans Régressi (ajouter à l'acquisition précédente).

2. Exploitation

1. Déterminer la constante de temps t pour chaque courbe obtenue.

2. Comparer cette valeur à la valeur théorique t=RC.

3. Interpréter la différence obtenue entre les deux courbes.

B. Etude de l’influence de C

1. Manipulation

Renouveler les opérations précédentes pour R=220W et C valant successivement 4700µF et 9400µF.

2. Exploitation

1. Déterminer la constante de temps t pour chaque courbe obtenue.

2. Comparer cette valeur à la valeur théorique t=RC.

3. Interpréter la différence obtenue entre les deux courbes.

C. Visualisation de l’intensité du courant de charge et de décharge

1. Montage

Réaliser le montage ci-contre

2. Manipulation

Réglages du logiciel

• Placer le bouton de synchronisation du module de raccordement sur EF0.

• Régler le logiciel Régressi de la façon suivante:

  • Abscisse: temps (200 points en 30 secondes).

  • Ordonnée: EA0 nommée uC et EA1 nommée u1 (ref alt).

  • Synchronisation: front EF0.

1. Ajuster la tension délivrée par le générateur à 2,0V.

2. Réaliser l’acquisition de la charge (inter inverseur sur E1) pendant 15 secondes puis la décharge (inter inverseur sur E2) pendant les 15 secondes suivantes.

3. Transférer l’acquisition dans le logiciel Régressi.

3. Exploitation

1. On choisira comme sens positif courant celui qui correspond à la charge du condensateur. Représenter à l’aide de flèches les tensions uC, u1 et uR.

2. Quelle relation existe-t-il entre u1 et uR?

3. Créer une nouvelle variable uR.

4. Superposer les courbes uC=f(t) et uR=f(t).

5. Quelle est l’allure de la courbe i=f(t) ?

6. Quelle différence remarquable existe-t-il entre les deux fonctions uC=f(t) et i=f(t)?

Etude du dipole RL

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Réaliser un montage électrique à partir d’un schéma.

• Réaliser les branchements permettant de visualiser la tension électrique aux bornes du générateur et du conducteur ohmique supplémentaire.

• Montrer l’influence de l’amplitude de l’échelon de tension, de la résistance du conducteur ohmique, de l’inductance de la bobine sur la constante de temps du circuit RL.

II. Matériel

• Générateur muni d’une alimentation continue ajustable.

• Bobine d’induction de 0 à 1,1Henry.

• Multimètre.

• Platine de câblage.

• Résistances de 100W et de 220W.

• Fils de connexion.

• Ordinateur muni du logiciel Régressi et d'une interface de mesure (Orphy par exemple)

III. Etude de la courbe i=f(t).

1. Montage et manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre.

2. Réaliser le branchement permettant de visualiser la tension uR sur la voie EA1.

3. Paramétrer l’ordinateur:

   • Placer le bouton de synchronisation du module de raccordement sur EF0.

   • Régler le logiciel Régressi de la façon suivante:

     • Abscisse: temps (100 points en 100ms).

     • Ordonnée: EA1 nommée uR (ref 0V).

     • Synchronisation: front EF0.

4. Ajuster la tension délivrée par le générateur à 4,5V.

5. Lancer l’acquisition (on prendra soin de couper l’interrupteur en fin de manipulation).

6. Transférer les mesures dans le logiciel Régressi.

2. Exploitation

1. Exprimer l’intensité i du courant en fonction de la tension uR.

2. Créer la variable i et tracer le graphe i=f(t).

3. Modéliser la courbe obtenue par une exponentielle croissante.

4. En déduire la valeur de la constante de temps t par deux méthodes différentes. Comparer la valeur obtenue à la valeur théorique.

5. Est-il équivalent de déterminer t à partir des courbes i=f(t) et uR=f(t)?

IV. Etude de l’influence des paramètres R, L et E sur la valeur de t

1. Montage

Identique au précédent.

2. Influence de R

1. Choisir R=100W, L=1,1H et E=4,5V.

2. Réaliser l’acquisition et transférer les mesures dans le logiciel Régressi.

3. Renouveler les opérations avec R=220W, L=1,1H et E=4,5V (ajouter à l'acquisition précédente).

4. Modéliser les deux courbes uR=f(t) et les superposer.

5. Conclure.

3. Influence de L

1. Choisir R=100W, L=1,1H et E=4,5V.

2. Réaliser l’acquisition et transférer les mesures dans le logiciel Régressi.

3. Renouveler les opérations avec R=100W, L=0,6H et E=4,5V (ajouter à l'acquisition précédente).

4. Modéliser les deux courbes uR=f(t) et les superposer.

5. Conclure.

4. Influence de E

1. Choisir R=100W, L=1,1H et E=4,5V.

2. Réaliser l’acquisition et transférer les mesures dans le logiciel Régressi.

3. Renouveler les opérations avec R=100W, L=1,1H et E=3,0V (ajouter à l'acquisition précédente).

4. Modéliser les deux courbes uR=f(t) et les superposer.

5. Conclure.

V. Etude des tensions dans le circuit en régime permanent

1. Montage

Identique au précédent. On réalisera simplement le branchement et le paramétrage permettant de visualiser également la tension E aux bornes du générateur sur la voie EA2.

1. Choisir R=100W, L=1,1H et E=4,5V.

2. Réaliser l’acquisition et transférer les mesures dans le logiciel Régressi (on prendra soin de visualiser les deux tensions avec la même échelle).

2. Exploitation

1. Repérer le régime permanent.

2. Relever les valeurs de uR et E en régime permanent.

3. Déterminer l’intensité i du courant permanent.

4. Que représente la grandeur E-uR? La calculer.

5. Si r est la résistance de la bobine, calculer la grandeur r.i.

6. En déduire la tension aux bornes de la bobine en régime permanent. Comment se la bobine comporte-t-elle en régime permanent?