Le sujet de baccalauréat de Physique, Chimie et Mathématiques 2024 en spécialité STI2D, est composé de 4 exercices :

Exercice : Il y avait les Ondes sonores avec une partie mathématiques ( 4 points) 

 Exercice 2 : Sur la Radioactivité ( 4 points) 

Exercice 3 : Mathématiques – Etude d’une équation différentielle de 2er ordre ( 4 points) 

 Exercice 4 : Première partie sur le travail d’une force de frottement – La deuxième partie sur la combustion et l’empreinte Carbone ( 8 points). 

L’usage de la calculatrice reste autorisé, mais en mode examen.

On vous propose une correction, qu’on doit encore vérifier dans les prochains 48h.

Sujet Bac Physique Chimie et Mathématiques en STI2D 2024 

Correction du Sujet Bac Physique Chimie et Mathématiques en STI2D 2024 

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En physique, l’énergie cinétique est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement dans un référentiel donné. Dans le Système international, son unité de mesure est le joule (J).

L’énergie cinétique d’un point matériel dans un référentiel galiléen est égale à la somme des travaux des forces appliquées pour faire passer le point du repos à un mouvement. Ce n’est pas un invariant galiléen, sa valeur dépend du référentiel choisi.

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Après la température, la pression est l’une des variables physiques les plus importantes. La pression est définie comme une force (FN) qui agit uniformément sur une surface définie (A). Les différents types de pression ne sont différenciés que par la pression de référence.

Qu’il s’agisse de pression absolue, de pression manométrique ou de pression différentielle.

Qu’est-ce que la pression atmosphérique?
La pression probablement la plus importante pour la vie sur terre est la pression atmosphérique, pamb (amb = ambiens = ambiant). Elle est créée par le poids de l’atmosphère qui entoure la terre jusqu’à une altitude d’environ 500 km. Jusqu’à cette altitude, où la pression absolue pabs = zéro, son amplitude diminue continuellement. En outre, la pression atmosphérique est soumise à des fluctuations en fonction des conditions météorologiques, comme le montre le bulletin météorologique quotidien. Au niveau de la mer, pamb est en moyenne de 1013,25 hectopascal (hPa), ce qui correspond à 1013,25 millibar (mbar). Avec les “cyclones” et les “anticyclones”, cette pression varie d’environ 5 %.

Qu’est-ce que la pression absolue?
La pression de référence la plus claire est la pression zéro (vide), qui existe dans l’espace sans air de l’univers. La pression liée à cette pression de référence est appelée pression absolue. Ainsi, dans le cas de la pression absolue, c’est toujours la différence par rapport au vide idéal qui est mesurée. Cela signifie que la pression ambiante, et donc les influences externes telles que les conditions météorologiques ou la hauteur au-dessus du niveau de la mer, n’affectent pas la mesure de la pression. Pour la différencier des autres types de pression, elle est désignée par l’indice “abs”, dérivé du latin “absolutus”, qui signifie détaché, indépendant.

Pour la formule de la pression absolue, les paramètres pression relative (pg) et pression atmosphérique (patm) sont nécessaires. La formule de la pression absolue est la suivante : pabs = pg + patm.

Qu’est-ce que la pression relative?
La pression la plus fréquemment mesurée dans le domaine technologique est la différence de pression atmosphérique, Pe (e = excedens =dépassant). Il s’agit de la différence entre une pression absolue, pabs, et la pression atmosphérique (absolue) correspondante (pe = pabs – pamb) ; elle est connue, en bref, sous le nom de pression manométrique.

Une pression positive se produit lorsque la pression absolue est supérieure à la pression atmosphérique. Dans le cas contraire, on parle de pression négative.

Qu’est-ce que la pression différentielle?
La différence entre deux pressions, p1 et p2, est appelée différence de pression, Δp = p1 – p2. Dans les cas où la différence entre deux pressions représente elle-même la variable mesurée, on parle de pression différentielle.

Exercices corrigés sur les pressions absolue, différentielle et relative 

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Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
L’énergie mécanique d’un corps est notée Em. Elle est définie comme étant la somme de l’énergie cinétique d’un corps et de son énergie de position : Em = Ec + Ep .

L’énergie mécanique d’un corps dépend donc de sa vitesse, de sa masse et de sa hauteur par rapport au sol.
 Conservation de l’énergie mécanique
Lorsqu’un corps n’est soumis qu’à son poids et ne subit pas de frottements ou d’autres actions, son énergie mécanique se conserve.

Si un corps est immobile, son énergie cinétique est nulle ; donc son énergie mécanique est égale à son énergie de position : Em = Ep.

Lorsqu’un corps n’est soumis qu’à son poids et ne subit pas de frottements ou d’autres actions, l’énergie mécanique se conserve.

 Exercices corrigés sur l’énergie mécanique : 

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Le travail d’une force est l’énergie fournie par cette force lorsque son point d’application se déplace (l’objet subissant la force se déplace ou se déforme). Il est responsable de la variation de l’énergie cinétique du système qui subit cette force. Si par exemple on pousse une bicyclette, le travail de la poussée est l’énergie produite par cette poussée.

Une force constante qui s’applique sur un objet parcourant un trajet rectiligne  fournit un travail W.Le travail d’une force constante F pour un déplacement rectiligne AB de son point d’application est le produit scalaire de F par AB . Il est noté : WAB( F ) = F . AB = F*AB*cos α

WAB( F ) : travail exprimé en Joules (J).
F : valeur de la force en Newton (N).
AB : longueur du déplacement (m)
α : angle entre F et AB (° ou rad)

Différents types de travail :
a. Si α<90° alors cos α >0 et W>0 (travail positif). On remarque que la force va favoriser le mouvement dans le sens du déplacement AB . On dit que le travail est moteur.
b. Si α>90° alors cos α <0 et W<0 (travail négatif). La force va alors s’opposer au mouvement du solide, on dit qu’elle effectue un travail résistant.
c. Si α=90° alors cos α =0 et W=0 (travail nul).

Exercices corrigés sur le travail d’une force 

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Exercices corrigés sur le Titrage

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La température  : La température représente l’énergie d’agitation des entités chimiques du milieu considéré. Dans la pratique, la température d’un milieu est repérée par un thermomètre.
Son unité dans le système international est le kelvin (K). Elle est reliée à la valeur en degré Celsius par : T(K) = T(°C) + 273,15.
Le zéro absolu, exprimé en kelvin. Elle correspond à la plus petite valeur que peut prendre la température soit 0 K = −273,15 °C.

Le modèle et la loi des gaz parfaits : Le modèle du gaz parfait suppose que les atomes ou les molécules qui le composent sont très petits comparativement à la distance moyenne qui les sépare (et qu’on appelle distance intermoléculaire moyenne) : ils sont donc considérés comme étant ponctuels.
De plus, en dehors des chocs lorsqu’elles se rencontrent, ces particules n’interagissent pas puisqu’elles n’exercent aucune interaction à distance.
La loi des gaz parfaits est une équation d’état qui relie les différentes grandeurs thermodynamiques d’un gaz considéré comme parfait. Elle s’écrit de la façon suivante : PV = n RT
Avec :

 P représente la pression du gaz, en Pascal (Pa) ;

 V représente le volume dans lequel il est contenu, en m³ ; et n la quantité de matière de gaz en mol ;

R représente la constante des gaz parfaits : R=8,314J⋅K−1⋅mol−1 ; T la température du gaz, en kelvin (K).

Exercices corrigés sur les gaz parfaits 

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Un système est dit en chute libre si la seule force qui s’exerce sur lui est son poids . Le système peut avoir ou non une vitesse initiale.Comme la somme des forces qui s’appliquent sur le système n’est pas nulle (il n’y a pas de compensation du poids), le système n’est ni immobile, ni en mouvement rectiligne uniforme. Le mouvement est dit à une seule dimension, car il se fait verticalement.

Lors d’une chute libre verticale, le mouvement du système est rectiligne mais les forces ne se compensent pas.

Choisir un référentiel c’est donc choisir le bon observateur pour le mouvement que l’on souhaite décrire. Ce référentiel est constitué d’un repère (une origine et trois axes). Il permet de repérer le point M dans l’espace et d’une horloge qui permet de mesurer de temps.
Rappelons que dans le cadre de la mécanique classique, le temps se mesure de la même manière dans tout référentiel, pour tout observateur.
Un référentiel sera généralement noté R.

Choix d’un bon référentiel
Le mouvement dépendant du référentiel, il faut choisir le référentiel adéquat par rapport au mouvement que l’on souhaite étudier.
Souvent, on choisit parmi trois référentiels classiques dit galiléens (voir section sur les lois de Newton) :

Le référentiel héliocentrique est un référentiel dont le centre du repère est situé au centre du soleil, et les trois axes du repère sont dirigés vers trois étoiles lointains considérés comme fixe ; il est utile pour étudier les mouvements des planètes du système solaire.
Le référentiel géocentrique est un référentiel centré au centre de la Terre, ses trois axes sont dirigés vers les trois mêmes étoiles que celles du référentiel de héliocentrique; il est utilise pour étudier les mouvements de satellites terrestres par exemple ;
Les référentiels terrestres sont des référentiels liés à des objets fixes à la surface de la Terre : lui est souvent associés un repère cartésien. Pour tous les mouvements qui se déroulent à la surface de la Terre, ce référentiel est approprié.

Exercices corrigés sur la chute libre 

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Rappel de Cours sur la Loi d’Ohm Thermique et le Flux Thermique

Introduction

En physique, la loi d’Ohm thermique et le concept de flux thermique sont des principes fondamentaux utilisés pour décrire le transfert de chaleur à travers les matériaux. Ces concepts sont analogues à ceux utilisés en électricité pour le courant électrique et la résistance électrique.

Loi d’Ohm Thermique

La loi d’Ohm thermique exprime la relation entre le flux thermique, la différence de température et la résistance thermique d’un matériau. Elle est formulée de manière similaire à la loi d’Ohm en électricité.

Formule  : Φ=ΔT/R_th​

où :

• Φ : est le flux thermique (W),
• ΔT : est la différence de température entre les deux extrémités du matériau (K),
• R_th :  est la résistance thermique du matériau (K/W).

Résistance Thermique

La résistance thermique d’un matériau est donnée par :

R_th=e/(k×S)

où :

• $e$ est l’épaisseur du matériau (m),
• $k$ est la conductivité thermique du matériau (W/m·K),
• $S$ est la surface à travers laquelle la chaleur est transférée (m²).

Flux Thermique

Le flux thermique est la quantité de chaleur transférée par unité de temps à travers un matériau. Il dépend de la différence de température et des propriétés thermiques du matériau.

Formule

La formule du flux thermique peut être donnée par la loi de Fourier pour la conduction thermique :

Φ=(k×S×ΔT)/e

• Φ est le flux thermique (W),
• k est la conductivité thermique du matériau (W/m·K), Dans le cours on utulise souvent lamda pour désigner la conductivité d’un matériaux. 
• A est la surface à travers laquelle la chaleur est transférée (m²),
• ΔT est la différence de température entre les deux surfaces (K),
• e est l’épaisseur du matériau (m).

Exercices corrigés : Transfert Thermique

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