Devoirs 2nd semestre – Partie 3

Devoirs 2nd semestre – Partie 3

Résumé et Points Clés

Résumé du Devoir Surveillé – Chimie et Physique

Ce devoir surveillé pour le baccalauréat sciences expérimentales comporte un exercice de chimie sur le dosage et deux exercices de physique sur le magnétisme.

Chimie : Dosage colorimétrique

  • L’étude est un dosage par titrage entre une solution de permanganate de potassium (KMnO₄, solution titrée) et une solution d’acide oxalique (H₂C₂O₄, solution titrante).
  • L’équation de la réaction d’oxydoréduction est : 2MnO₄⁻ + 5H₂C₂O₄ + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O.
  • L’équivalence est repérée par la disparition de la coloration violette du permanganate. Avant l’équivalence, H₂C₂O₄ est le réactif limitant ; après, c’est MnO₄⁻.
  • La relation d’équivalence est : 5C₁V₁ = 2C₂V₂éq. Avec V₂éq = 12,5 mL et C₂ = 0,4 mol/L, on trouve C₁ = 0,2 mol/L.
  • La masse m de KMnO₄ dissoute pour préparer V=100 mL de solution S₁ est de 3,16 g.
  • Pour diluer 90 mL de S₁ à une concentration C’=0,1 mol/L, il faut ajouter 90 mL d’eau.

Physique – Premier exercice : Champ magnétique

  • Calcul du champ résultant de deux barreaux aimantés (B₁=20 mT, B₂=30 mT) : B = 36 mT (théorème de Pythagore).
  • Pour une bobine (N=600 spires, I=239 mA, L=60 cm, R=2,5 cm) :
    • Elle est assimilable à un solénoïde car L >> R.
    • Le champ à l’intérieur est B = μ₀ * (N/L) * I.
    • Il faut déterminer la nature des pôles, le spectre du champ et le nombre de couches de fil (d=2 mm).
  • Champ créé par un conducteur rectiligne : B = (μ₀ I) / (2π d), avec μ₀ = 4π.10⁻⁷ USI.

Physique – Deuxième exercice : Action d’un champ magnétique sur un conducteur

  • Une tige conductrice AB, parcourue par un courant I=10 A dans un champ magnétique uniforme, subit une force de Laplace, ce qui provoque son inclinaison (α=40° à l’équilibre).
  • La force de Laplace a pour expression F = I * B * L (où L est la longueur de la tige dans le champ).
  • En appliquant le théorème des moments à l’équilibre, on montre que F = (4/5) * m * g * sin(α) et on en déduit l’expression de B.

Conseils pour l’examen : Maîtriser le protocole et les calculs de dosage, savoir schématiser les montages, connaître les définitions (solénoïde, titrante/titrée) et les lois du magnétisme (champ d’un solénoïde, d’un conducteur, force de Laplace). Bien justifier les étapes de raisonnement.