Un circuit électrique est un ensemble de conducteurs reliés entre eux permettant la circulation du courant électrique. La tension (U, en Volts) est la différence de potentiel entre deux points. L'intensité (I, en Ampères) est la quantité de charges qui passe par seconde. La loi d'Ohm relie ces grandeurs : U = R × I (R = résistance, en Ohms).
Question probable
Dans un circuit série, une résistance de 10 Ω est soumise à une tension de 5 V. Quelle est l'intensité du courant ?
Réponse
→D'après la loi d'Ohm : U = R × I, donc I = U/R. Ici U = 5 V et R = 10 Ω. Donc I = 5/10 = 0,5 A. L'intensité du courant dans le circuit est 0,5 A (500 mA). Dans un circuit série, l'intensité est la même en tout point du circuit.
Mnémotechnique
LOI D'OHM : U = R × I. URIne : U = R × I. Unités : U = Volt (V), R = Ohm (Ω), I = Ampère (A). Circuit série : I identique partout, U se partage. Circuit parallèle : U identique, I se partage.
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Physique-Chimie
PHY
La lumière et l'optique
Définition
La lumière est une onde électromagnétique qui se propage en ligne droite dans un milieu homogène à la vitesse de 300 000 km/s dans le vide. Elle peut être réfléchie (miroir), réfractée (changement de milieu) ou diffusée. Un objet lumineux émet de la lumière ; un objet éclairé la réfléchit. La décomposition de la lumière blanche par un prisme donne le spectre des couleurs.
Question probable
Qu'est-ce que la réfraction de la lumière ? Donnez un exemple de la vie courante.
Réponse
→La réfraction est le changement de direction de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre (ex : de l'air à l'eau). Ce changement de direction est dû au changement de vitesse de propagation de la lumière selon le milieu. Exemple : une cuillère dans un verre d'eau semble "cassée" à l'interface air-eau. Les lentilles de lunettes, les jumelles et les microscopes utilisent ce phénomène. Le phénomène est décrit par les lois de Snell-Descartes.
Mnémotechnique
Lumière : vitesse = 3 ×108 m/s dans le vide. Réflexion = rebondit (miroir). Réfraction = change de direction en changeant de milieu. Dispersion = décomposition en couleurs (ROJAUVIVIB : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet). Cuillère dans l'eau = exemple réfraction.
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Les atomes et les molécules
Définition
Un atome est la plus petite entité d'un élément chimique. Il est composé d'un noyau (protons chargés + et neutrons) entouré d'électrons chargés -. Une molécule est un assemblage d'atomes liés chimiquement. La formule chimique indique le type et le nombre d'atomes (ex : H₂O = 2 hydrogènes + 1 oxygène). Les éléments sont classés dans le tableau périodique.
Question probable
Décrivez la structure d'un atome et donnez la composition de l'atome de carbone (numéro atomique Z = 6, masse A = 12).
Réponse
→Un atome est composé d'un noyau central contenant des protons (charge +) et des neutrons (charge neutre), entouré d'électrons (charge -) qui gravitent autour. L'atome est électriquement neutre : nombre de protons = nombre d'électrons. Pour le carbone (Z = 6, A = 12) : 6 protons dans le noyau, 6 neutrons (A - Z = 12 - 6), 6 électrons autour du noyau. Le carbone est le 4e élément du tableau périodique et forme la base des molécules organiques.
Mnémotechnique
Atome = Noyau (protons + neutrons) + électrons. Z = nombre de protons = nombre d'électrons (atome neutre). N = nombre de neutrons = A - Z. A = masse atomique = protons + neutrons. "Z protons, Z électrons, A-Z neutrons."
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PHY
Les réactions chimiques
Définition
Une réaction chimique transforme des réactifs en produits, avec réarrangement des atomes. Elle est représentée par une équation chimique (avec une flèche entre réactifs et produits). La loi de conservation de la masse stipule que la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits (les atomes se réarrangent mais ne se créent ni ne se détruisent).
Question probable
Équilibrez l'équation de la combustion du méthane : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
Réponse
→On compte les atomes de chaque côté. À gauche : 1 C, 4 H, 2 O. À droite : 1 C, 2 O (CO₂), 1 O (H₂O), 2 H. On équilibre : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Vérification : gauche = 1 C, 4 H, 4 O. Droite = 1 C, 4 H (2×2), 4 O (2+2). L'équation est équilibrée. La combustion du méthane produit du dioxyde de carbone et de l'eau.
Mnémotechnique
Réaction chimique : RÉACTIFS → PRODUITS. Conservation de la masse = même nombre d'atomes avant et après. Pour équilibrer : compter les atomes de chaque élément, ajouter des coefficients devant les formules (pas d'exposants !). Combustion = réactif + O₂ → CO₂ + H₂O.
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Les mélanges et solutions
Définition
Un mélange est l'association de plusieurs corps purs. Un mélange homogène (solution) a une apparence uniforme (eau salée). Un mélange hétérogène est non uniforme (eau et huile). Dans une solution, le solvant est le constituant majoritaire (souvent l'eau), le soluté est dissous. La concentration massique c = masse de soluté / volume de solution (en g/L).
Question probable
On dissout 5 g de sel dans 250 mL d'eau. Quelle est la concentration en masse de la solution obtenue ?
Réponse
→La concentration massique est c = m/V. Ici m = 5 g et V = 250 mL = 0,25 L. Donc c = 5/0,25 = 20 g/L. La solution de sel a une concentration massique de 20 g/L. Pour vérifier l'unité : g ÷ L = g/L. Plus la concentration est élevée, plus la solution est concentrée.
Mnémotechnique
Concentration massique : c = m/V (g/L). "C pour Concentration, m pour masse, V pour Volume". Homogène = tout pareil (solution). Hétérogène = mélange visible. Solvant = en grande quantité. Soluté = dissous. Eau = solvant universel.
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La mécanique — forces et mouvements
Définition
Une force est une action exercée par un objet sur un autre, caractérisée par son point d'application, sa direction, son sens et sa valeur (en Newtons). Le poids est la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet : P = m × g (g ≈ 10 N/kg sur Terre). Un objet est en équilibre quand la somme des forces qui s'exercent sur lui est nulle.
Question probable
Un objet de masse 3 kg est posé sur une table. Quelles sont les forces qui s'exercent sur lui ? Est-il en équilibre ?
Réponse
→Deux forces s'exercent sur l'objet : le poids P = m × g = 3 × 10 = 30 N (vers le bas, due à la gravité terrestre) et la réaction normale de la table R = 30 N (vers le haut, perpendiculaire à la table). Ces deux forces sont opposées, de même valeur et de même direction : leur somme est nulle. L'objet est donc en équilibre statique. Si les forces n'étaient pas égales, l'objet se déplacerait (1ère loi de Newton).
Mnémotechnique
Poids : P = m × g. g = 10 N/kg sur Terre (9,81 N/kg en réalité). Équilibre : somme des forces = 0 (forces s'annulent). Poids ↓ + Réaction table ↑ = équilibre. Unité de la force = Newton (N). Ne pas confondre masse (kg) et poids (N).
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L'énergie — formes et conversions
Définition
L'énergie se présente sous différentes formes : cinétique (mouvement), potentielle (position/altitude), chimique (aliments, carburants), thermique (chaleur), électrique, lumineuse, nucléaire. Elle se convertit d'une forme à l'autre mais se conserve toujours (principe de conservation de l'énergie). L'unité de l'énergie est le Joule (J).
Question probable
Décrivez les conversions d'énergie dans une centrale hydraulique.
Réponse
→Dans une centrale hydraulique : l'énergie potentielle de l'eau en altitude se convertit en énergie cinétique quand l'eau tombe. L'eau en mouvement fait tourner une turbine : l'énergie cinétique se convertit en énergie mécanique. La turbine entraîne un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique. Une petite quantité est perdue sous forme de chaleur (frottements). L'énergie totale est conservée : Epotentielle → Ecinétique → Emécanique → Eélectrique.
Mnémotechnique
Formes d'énergie : CiPoChiTherElecLumNuc. CInétique (mouvement), POtentielle (altitude), CHImique (aliments), THERmique (chaleur), ELECtrique, LUMineux, NUClaire. Conservation : l'énergie ne se crée ni ne se détruit, elle se transforme. Unité : Joule (J).
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PHY
Les ondes sonores
Définition
Le son est une onde mécanique de compression-décompression qui se propage dans un milieu matériel (solide, liquide, gaz) mais pas dans le vide. La vitesse du son dans l'air est d'environ 340 m/s. Le son est caractérisé par sa fréquence (hauteur : grave ou aigu, en Hz) et son amplitude (volume ou intensité, en décibels). L'oreille humaine perçoit les sons entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Question probable
Qu'est-ce qu'une onde sonore ? Pourquoi n'y a-t-il pas de son dans le vide ?
Réponse
→Une onde sonore est une vibration mécanique qui se propage de proche en proche dans un milieu (compression et décompression des molécules). Elle a besoin d'un milieu matériel pour se propager car elle transmet de l'énergie par la vibration des particules du milieu. Dans le vide, il n'y a pas de particules → le son ne peut pas se propager. C'est pourquoi dans l'espace, il n'y a aucun son. La vitesse du son varie selon le milieu : plus vite dans les solides (5 000 m/s dans l'acier) que dans les gaz (340 m/s dans l'air).
Mnémotechnique
Son = onde MÉCANIQUE (besoin de matière). Vitesse dans l'air ≈ 340 m/s. PAS de son dans le vide. Fréquence (Hz) = grave/aigu. Amplitude = fort/faible (décibels dB). Oreille humaine : 20 Hz à 20 000 Hz. Infra < 20 Hz, Ultra > 20 000 Hz.
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PHY
La radioactivité
Définition
La radioactivité est la propriété de certains noyaux atomiques instables (radioéléments) d'émettre spontanément des rayonnements en se transformant. Il existe trois types de rayonnements : alpha (α, noyaux d'hélium, peu pénétrant), bêta (β, électrons, pénétrance moyenne) et gamma (γ, rayonnement électromagnétique, très pénétrant). La demi-vie est le temps pour que la moitié des noyaux se désintègrent.
Question probable
Quels sont les trois types de rayonnements radioactifs et comment se protège-t-on de chacun ?
Réponse
→Rayonnement alpha (α) : noyaux d'hélium (2 protons + 2 neutrons), peu pénétrant, arrêté par une feuille de papier ou la peau, mais dangereux si ingéré. Rayonnement bêta (β) : électrons émis par le noyau, pénétrance moyenne, arrêté par une planche de bois ou une feuille d'aluminium. Rayonnement gamma (γ) : onde électromagnétique, très pénétrant, nécessite un écran de plomb ou de béton épais pour être arrêté. Le danger : endommager l'ADN des cellules et provoquer des cancers.
Mnémotechnique
α (alpha) = noyau hélium → papier suffit. β (bêta) = électron → aluminium. γ (gamma) = onde EM → plomb/béton. Pénétrance : α < β < γ (de moins en moins pénétrant à plus en plus pénétrant). Demi-vie T½ = temps pour que N/2 noyaux se désintègrent.
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PHY
L'air et ses propriétés
Définition
L'air est un mélange gazeux composé principalement de diazote N₂ (environ 78%) et de dioxygène O₂ (environ 21%), avec des traces de dioxyde de carbone CO₂, d'argon et de vapeur d'eau. Il exerce une pression atmosphérique (environ 101 325 Pa au niveau de la mer). L'air est indispensable à la respiration des êtres vivants et à la combustion.
Question probable
Quelle est la composition de l'air et comment met-on en évidence la présence de dioxygène ?
Réponse
→L'air est composé d'environ 78% de diazote (N₂), 21% de dioxygène (O₂), 1% d'argon et de traces de dioxyde de carbone et vapeur d'eau. On peut mettre en évidence le dioxygène avec la flamme d'une allumette : introduite dans un flacon de dioxygène pur, elle brûle plus vivement. On met en évidence le dioxyde de carbone avec l'eau de chaux : si on souffle dedans, elle se trouble (formation de carbonate de calcium blanc). La pression atmosphérique diminue avec l'altitude car il y a moins d'air au-dessus.
Mnémotechnique
Air = 78% N₂ + 21% O₂ + 1% autres. Retiens : "78-21-1". Test O₂ : flamme brûle mieux (comburant). Test CO₂ : eau de chaux se trouble. Pression atmosphérique = 101 325 Pa ≈ 1 bar au niveau de la mer. Diminue avec l'altitude.
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