Mardi 28 mars 2023 de 8h à 13h
Conseils généraux
– Avant l’épreuve, il peut être utile de consulter les 70 sujets de la banque, de les confronter avec les TP faits dans l’année pour leur attribuer une certaine probabilité de tomber (fastidieux à faire tout seul.e mais possible à organiser en équipe).
– Pendant l’épreuve , ne jamais perdre de vue le but ou la problématique du sujet : un sujet d’ECE s’inscrit toujours dans un contexte.
Compétences utiles qui reviennent dans de nombreux sujets
– Être capable de calculer une incertitude, de commenter un résultat expérimental à partir du z-score obtenu (formule donnée).
– Savoir réaliser la dilution d’une solution (bien choisir la verrerie).
– Savoir choisir le bon matériel : on utilise une pipette graduée pour une mesure à 0,1 mL près et une éprouvette graduée pour une mesure à 1 mL près. Parfois une éprouvette graduée suffit (plus simple et plus rapide).
– Il est important de bien connaître le nom de la verrerie (pipette, éprouvette, burette, becher, erlenmeyer, tube à essai, …) pour pouvoir suivre correctement un protocole.
– Savoir rentrer des données sur Excel pour tracer une courbe (généralement une droite) et savoir utiliser les fonctionnalités du logiciel pour afficher l’équation de la courbe (« courbe de tendance »). Une notice sera fournie pour Excel mais évidemment il faut mieux ne pas en avoir besoin.
– Savoir faire le lien entre une grandeur ou une expression théorique et le coefficient directeur d’une droite issue de résultats expérimentaux (les formules sont généralement données, à vous de faire le lien entre les données expérimentales et les grandeurs « théoriques »).
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer une masse volumique (d’un solide en physique ou d’une solution en chimie).
TP 1 : Réactions acide-base et mesures de pH
– Savoir utiliser un pH-mètre (logiciel Vernier Graphical Analysis, notice fournie)
– Savoir étalonner un pH-mètre à l’aide des 2 solutions tampons disponibles (méthode rappelée sur la notice).
TP 2 : Le colorant bleu du Powerade®
– Savoir utiliser un spectrophotomètre (logiciel Loggerpro, notice fournie)
– Savoir « faire le blanc » du spectrophotomètre
– Savoir utiliser le spectrophotomètre pour tracer un spectre d’absorption, mesurer une absorbance A pour une longueur d’onde donnée (utilisation du tableau de valeurs ou du bouton « x= »).
– Savoir réaliser un dosage par étalonnage basé sur des mesures d’absorbance.
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer une concentration massique ou molaire d’une solution inconnue à partir d’une série de mesures d’absorbance de solutions connues.
TP 3 : Dosage par étalonnage d’une solution de sérum physiologique
– Savoir utiliser un conductimètre (logiciel Vernier Graphical Analysis, notice fournie)
– Savoir étalonner un conductimètre avec la solution disponible (généralement une solution de chlorure de potassium KCl à 1,0.10-1 ou à 1,0.10-2 mol/L)
– Savoir réaliser un dosage par étalonnage basé sur des mesures de conductivité.
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer une concentration massique ou molaire d’une solution inconnue à partir d’une série de mesures de la conductivité de solutions connues.
TP 4 : Mesure du diamètre d’un cheveu par diffraction
– Savoir réaliser le montage permettant de visualiser une figure de diffraction (avec un laser et n’importe quel « objet » diffractant).
– Savoir mesurer le plus précisément possible la largeur de la tache de diffraction (entre les milieux de deux extinctions) soit avec un appareil photo (webcam) et le logiciel SalsaJ (notice fournie) soit directement avec une règle.
– Être capable d’utiliser une série de mesures effectuées sur des objets de taille connue pour en déduire la taille d’un « objet » diffractant (cheveu, fibre, ouverture, …). [le principe est un peu le même que celui du dosage par étalonnage].
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer soit une longueur d’onde soit une distance (a) à partir d’une série de mesures sur des objets calibrés de taille connue.
TP 5 : Interférences lumineuses
– Savoir réaliser le montage permettant de visualiser une figure d’interférences lumineuses (diapositive avec deux fentes rapprochées = double fente = fentes d’Young)
– Savoir mesurer le plus précisément possible l’interfrange (i) soit avec un appareil photo (webcam) et le logiciel SalsaJ (notice fournie) soit directement avec une règle.
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer soit une longueur d’onde soit une distance (b) à partir d’une série de mesures sur des doubles fentes calibrées d’espacement b connu.
TP 6 : La lunette astronomique
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer la distance focale d’une lentille [deux options : soit par auto-collimation (mais cela nécessite un miroir) soit en formant l’image sur un écran d’un objet dont on sait qu’il est « à l’infini »].
– Savoir réaliser un objet à l’infini avec une lentille et une source lumineuse (la source doit être placée à une distance focale de la lentille).
– Savoir placer correctement deux lentilles sur le banc d’optique pour qu’elles modélisent une lunette astronomique afocale. La distance entre les lentilles est égale à la somme des distances focales et la lentille la moins convergente correspond à l’objectif.
– Savoir mettre en évidence l’image intermédiaire A1B1 sur un écran (pour cela il faut avoir compris où elle se trouve par rapport à l’objectif ou par rapport à l’oculaire).
– Savoir ce qu’est un œil virtuel (lentille convergente + écran) et savoir comment il faut placer ces deux éléments pour réaliser un œil virtuel sur un banc d’optique.
– Savoir estimer l’angle apparent d’un objet ou d’une image à l’aide d’une règle et de la graduation du banc d’optique.
TP 7 : Dosage par titrage conductimétrique
– Savoir utiliser un conductimètre (logiciel Vernier Graphical Analysis, notice fournie)
– Savoir étalonner un conductimètre avec la solution disponible (généralement une solution de chlorure de potassium KCl à 1,0.10-1 ou à 1,0.10-2 mol/L)
– Savoir réaliser le montage de titrage (agitateur, burette, cellule conductimétrique, …)
– Savoir entrer les données dans Excel [conductivité = f(V)] et exploiter la courbe pour trouver le volume équivalent.
– Savoir exploiter la valeur du volume équivalent pour calculer une concentration molaire (C), une concentration massique (Cm) ou un titre massique (w).
– Pouvoir éventuellement calculer un z-score et le commenter pour dire si la mesure est compatible avec une valeur de référence (qui sera donnée).
TP 8 : Dosage par titrage pH-métrique
– Savoir utiliser un pH-mètre (logiciel Vernier Graphical Analysis, notice fournie)
– Savoir étalonner un pH-mètre à l’aide des 2 solutions tampons disponibles (méthode rappelée sur la notice).
– Savoir réaliser le montage de titrage (agitateur, burette, sonde de pH, …)
– Savoir entrer les données dans Excel [pH = f(V)] et exploiter la courbe pour trouver le volume équivalent.
– Savoir éventuellement tracer la courbe dpH/dV = f(V) pour mettre en œuvre la méthode du maximum de la dérivée.
– Savoir exploiter la valeur du volume équivalent pour calculer une concentration molaire (C), une concentration massique (Cm) ou un titre massique (w).
– Pouvoir proposer un indicateur coloré approprié (données fournies) pour éventuellement réaliser le même titrage sans pH-mètre (ce serait donc un titrage colorimétrique basé sur le changement de couleur de l’indicateur).
– Pouvoir éventuellement calculer un z-score et le commenter pour dire si la mesure est compatible avec une valeur de référence (qui sera donnée).
TP 9 : Cinétique d’une réaction redox
– Savoir utiliser le spectrophotomètre (logiciel Loggerpro, notice fournie)
– Savoir « faire le blanc » du spectrophotomètre.
– Savoir utiliser le spectrophotomètre pour tracer un spectre d’absorption, mesurer une absorbance A et surtout dans ce cas suivre l’évolution de l’absorbance A avec le temps.
– Pouvoir proposer un protocole pour tester un facteur cinétique (généralement température, présence ou non d’un catalyseur ou concentration des réactifs).
– Savoir déduire un temps de demi-réaction à partir des résultats expérimentaux.
– Savoir comparer deux vitesses d’apparition du réactif X à t = 0 en comparant les pentes des tangentes des courbes [X] = f(t) [ou A = f(t)].
– Pouvoir tracer sur Excel une courbe ln[X] = f(t) pour tester l’hypothèse de l’ordre 1 pour une cinétique. Être capable d’en déduire la valeur du coefficient de vitesse k (c’est l’opposé de la pente de la droite).
TP 10 : Influence de la géométrie d’un condensateur sur la valeur de sa capacité
– Savoir réaliser un montage électrique comprenant un condensateur, un générateur, une résistance, un ampèremètre et un voltmètre (qui peut prendre la forme d’une interface ExAO).
– Savoir utiliser le logiciel « Atelier Scientifique » pour visualiser l’évolution d’une tension au cours du temps (uR ou uC). Choix des axes, réglages du nombre de points et de la durée d’acquisition.
– Savoir utiliser les fonctionnalités du logiciel pour mesurer une durée (qui peut par exemple être tau le temps caractéristique du circuit).
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer le temps caractéristique du circuit.
– Pouvoir proposer un protocole pour vérifier la loi d’Ohm.
– Pouvoir proposer un protocole pour vérifier par exemple que la capacité du condensateur est proportionnelle à la surface S des armatures.
TP 11 : Influence du pH sur l’état d’équilibre d’un couple acide/base
– Savoir utiliser le spectrophotomètre (logiciel Loggerpro, notice fournie)
– Savoir « faire le blanc » du spectrophotomètre.
– Savoir utiliser le spectrophotomètre pour tracer un spectre d’absorption, mesurer une absorbance A à une longueur d’onde bien choisie (au maximum, pour plus de précision).
– Savoir utiliser un pH-mètre (logiciel Vernier Graphical Analysis, notice fournie)
– Savoir étalonner le pH-mètre à l’aide des 2 solutions tampons disponibles.
– Savoir modifier le pH d’une solution pour l’amener à une valeur souhaitée (en utilisant une solution de soude ou une solution d’acide chlorhydrique).
– Savoir rentrer les données d’absorbance A et de pH sur Excel pour obtenir un diagramme de distribution avec les % des deux espèces conjuguées du couple acide/base étudié (formules de calcul des % données).
– Pouvoir en déduire le pKA du couple étudié à partir du diagramme de distribution.
TP 12 : Mesure d’un temps caractéristique de chauffe
– Savoir utiliser l’interface ExAO pour suivre l’évolution de la température de la sonde en fonction du temps.
– Être capable de mesurer le temps caractéristique tau avec les fonctionnalités du logiciel « Atelier Scientifique » [on utilise le fait que 63% de la montée en température s’est effectuée à t = tau).
– Pouvoir proposer un protocole pour mesurer tau.
– Pouvoir proposer un protocole pour étudier l’influence d’un paramètre sur la valeur de tau (fluide, écart de température, agitation, …).
– Être capable de commenter les résultats et d’indiquer l’influence qualitative – si elle existe – du paramètre étudié sur la valeur de tau.
TP 13 : Calorimétrie
– Bien penser que les mesures de calorimétrie sont basées sur le fait qu’on suppose qu’aucune énergie thermique ne sort du calorimètre, ce qui donne donc :
deltaU(système = eau + plomb + calorimètre) = deltaU(eau) + deltaU(plomb) + deltaU(calorimètre) = 0
Ainsi on a : Qeau + QPlomb + Qcal = 0
(QPlomb étant la variation d’énergie interne d’un morceau de plomb introduit dans le calorimètre – dans le cas d’une expérience avec le plomb).
– Être capable de mettre en œuvre la mesure de la capacité thermique du calorimètre (Ccal en J/°C) suivant un protocole fourni.
– Être capable de mettre en œuvre la mesure de la capacité thermique massique c d’un matériau (dans le cas où le protocole serait fourni). Il faut bien penser à noter les masses mises en jeu, les températures finales et initiales des différentes parties du système (bien agiter l’eau et attendre l’équilibre thermique), tenir compte de la capacité thermique du calorimètre (si elle est disponible). Il faut mesurer la durée deltat de l’expérience seulement si on chauffe l’eau du calorimètre grâce à une résistance (car Qeau = Eél = Pél.deltat) sinon ce n’est pas la peine.
– Pouvoir proposer un protocole pour réaliser la mesure de la capacité thermique massique c d’un matériau (généralement on utilise un calorimètre et de l’eau à température ambiante que l’on chauffe grâce au matériau préalablement chauffé).
Un prolongement en ligne du cours de sciences physiques 