Flashcards : Outils d’électromagnétisme et thermodynamique (90 cartes)

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1Question

Qu’étudie l’électrostatique ?

Réponse

Les champs électriques créés par des distributions de charges fixes dans le référentiel du laboratoire.

2Question

Comment une distribution discrète de charges est-elle constituée ?

Réponse

De charges ponctuelles fixes.

3Question

Comment une distribution continue de charges est-elle décrite ?

Réponse

Par des éléments mésoscopiques de charge.

4Question

Quelle formule donne l’élément de charge linéique en P ?

Réponse

$dq=\lambda(P)\,dl$

5Question

Quelle formule donne l’élément de charge surfacique en P ?

Réponse

$dq=\sigma(P)\,dS$

6Question

Quelle orientation a le champ sur un plan de symétrie des charges ?

Réponse

Il est contenu dans ce plan.

7Question

Quelle expression donne le champ électrostatique créé en M par une charge ponctuelle q₀ située en P ?

Réponse

$\vec E(M)=\frac{q_0}{4\pi\varepsilon_0}\frac{\vec{PM}}{PM^3}$

8Question

Quand la force de Coulomb entre deux charges ponctuelles est-elle attractive ?

Réponse

Lorsque les charges sont de signes contraires.

9Question

Quand la force de Coulomb entre deux charges ponctuelles est-elle répulsive ?

Réponse

Lorsque les charges sont de même signe.

10Question

Quelle expression donne le champ gravitationnel créé en M par une masse ponctuelle m₀ située en P ?

Réponse

$\vec G(M)=-\mathcal Gm_0\frac{\vec{PM}}{PM^3}$

11Question

Quelle formule donne le flux électrostatique sortant d’une surface fermée ?

Réponse

$\oiint_S\vec E\cdot\vec n_{\mathrm{ext}}\,dS=\frac{Q_{\mathrm{int}}}{\varepsilon_0}$

12Question

Quelles conditions doit remplir une surface de Gauss adaptée ?

Réponse

Elle doit être fermée, passer par le point étudié, uniformiser le champ sur sa partie utile et rendre le champ colinéaire à la normale utile ou perpendiculaire ailleurs.

13Question

Quel est le champ électrique au-dessus d’un plan infini uniformément chargé ?

Réponse

$\vec E=\frac{\sigma}{2\varepsilon_0}\vec n$

14Question

Quel est le champ électrique au-dessous d’un plan infini uniformément chargé ?

Réponse

$\vec E=-\frac{\sigma}{2\varepsilon_0}\vec n$

15Question

Quel est le champ entre les armatures d’un condensateur plan infini ?

Réponse

$\vec E=\frac{\sigma}{\varepsilon_0}\vec n$

16Question

Quel est le champ à l’extérieur d’un condensateur plan infini ?

Réponse

Il est nul.

17Question

Comment calculer le champ créé en M par N charges ponctuelles ?

Réponse

$\vec E(M)=\sum_{i=1}^{N}\frac{q_i}{4\pi\varepsilon_0}\frac{\vec{P_iM}}{P_iM^3}$

18Question

Quelle relation exprime la force électrostatique exercée sur une charge-test q ?

Réponse

$\vec F_{\mathrm{élec}}=q\vec E=-\vec\nabla\mathcal E_{p,\mathrm{élec}}$

19Question

Quelle est l’expression du travail électrostatique entre A et B ?

Réponse

$W_{A\to B}=\mathcal E_p(A)-\mathcal E_p(B)$

20Question

Comment définir le potentiel électrostatique à partir de l’énergie potentielle ?

Réponse

$V=\frac{\mathcal E_p}{q}$

21Question

Quel potentiel crée en M une charge ponctuelle q₀ située en P ?

Réponse

$V(M)=\frac{q_0}{4\pi\varepsilon_0PM}$

22Question

Que décrit la magnétostatique ?

Réponse

Les champs magnétiques créés par des distributions de courants constants.

23Question

Comment s’écrit l’élément de courant d’une distribution linéique ?

Réponse

$d\vec{\mathcal C}=I\,d\vec l$

24Question

Comment s’écrit l’intensité traversant une surface orientée ?

Réponse

$I=\iint_S\vec j\cdot\vec n\,dS$

25Question

Quelle formule relie la densité de charge mobile à la densité de porteurs pour un seul type ?

Réponse

$\rho_m=nq$ .

26Question

Quelle formule donne la force de Lorentz sur une charge en mouvement ?

Réponse

$\vec F=q\vec v\wedge\vec B$

27Question

Quelle formule donne la force élémentaire de Laplace sur un fil parcouru par un courant ?

Réponse

$d\vec F=I\,d\vec l\wedge\vec B$

28Question

Quelle formule donne la force de Laplace sur un segment CD dans un champ uniforme ?

Réponse

$\vec F=I\,\vec{CD}\wedge\vec B$

29Question

Comment le champ magnétique s’oriente-t-il sur un plan de symétrie des courants ?

Réponse

Il est perpendiculaire au plan.

30Question

Comment le champ magnétique s’oriente-t-il sur un plan d’antisymétrie des courants ?

Réponse

Il est contenu dans le plan.

31Question

Quelle relation exprime le théorème d’Ampère ?

Réponse

$\oint_{\mathcal C}\vec B\cdot d\vec l=\mu_0I_{\mathrm{enlacé}}$

32Question

Quelle est la valeur de la perméabilité du vide $\mu_0$ ?

Réponse

$4\pi\times10^{-7}\ \mathrm{H\,m^{-1}}$

33Question

Quelles propriétés doit avoir un contour d’Ampère ?

Réponse

Il doit être fermé et orienté, passer par le point étudié et rendre le champ uniforme et tangent sur sa partie utile, perpendiculaire ailleurs.

34Question

Quel champ crée un fil rectiligne infini parcouru par un courant $I$ ?

Réponse

$\vec B=\frac{\mu_0I}{2\pi r}\vec e_\theta$

35Question

Quel est le champ à l’intérieur d’un solénoïde infini d’axe $Oz$ ?

Réponse

$\vec B=\mu_0nI\vec e_z$

36Question

Quel est le champ à l’extérieur d’un solénoïde infini ?

Réponse

Il est nul.

37Question

Que représente $n$ dans le champ d’un solénoïde infini ?

Réponse

Le nombre de spires par unité de longueur.

38Question

Quel est le flux algébrique sortant d’une surface fermée pour le champ magnétique ?

Réponse

Il est nul.

39Question

Comment le flux propre $\Phi_p$ d’un circuit dépend-il de son courant $I$ ?

Réponse

$\Phi_p=LI$ .

40Question

Comment l’inductance propre $L$ dépend-elle de la géométrie du circuit ?

Réponse

Elle dépend de la géométrie du circuit.

41Question

Quelle est l’unité de l’inductance propre $L$ ?

Réponse

Le henry.

42Question

Qu’est-ce qu’un dipôle électrostatique ?

Réponse

Une distribution de charge totale nulle dont les barycentres des charges positives et négatives ne coïncident pas.

43Question

Quelle expression donne le moment dipolaire électrique d’un dipôle ?

Réponse

$\vec p=\sum_iq_i\vec{OA_i}=q\vec{NP}=qa\vec e_z$

44Question

Quelle est l’expression du potentiel lointain d’un dipôle électrique ?

Réponse

$V(M)=\frac{p\cos\theta}{4\pi\varepsilon_0r^2}=\frac{\vec p\cdot\vec r}{4\pi\varepsilon_0r^3}$

45Question

Quel couple un dipôle électrique subit-il dans un champ uniforme ?

Réponse

$\vec\Gamma=\vec p\wedge\vec E_{\mathrm{ext}}$

46Question

Qu’est-ce qu’un dipôle magnétostatique ?

Réponse

Une boucle de courant ou un circuit étudié à grande distance.

47Question

Quelle est la formule du moment dipolaire magnétique d’un circuit ?

Réponse

$\vec{\mathcal M}=IS\vec n$

48Question

Quelles sont les trois propriétés de l’enthalpie H indiquées ici ?

Réponse

C’est une fonction d’état extensive, exprimée en joules, avec $H=U+PV$ .

49Question

Comment définit-on l’enthalpie de réaction à T et P constants ?

Réponse

C’est la variation d’enthalpie par mole d’avancement.

50Question

À quoi est égal le transfert thermique reçu lors d’une transformation monobare ?

Réponse

$Q_p=\Delta H$ .

51Question

Quelle relation exprime la loi de Hess pour l’enthalpie standard de réaction ?

Réponse

$\Delta_rH^0(T)=\sum_i\nu_i\Delta_fH^0(A_i,T)$ .

52Question

Combien de moles de l’espèce formée produit une réaction standard de formation ?

Réponse

Une mole.

53Question

Quelle est l’unité de l’entropie S ?

Réponse

Le joule par kelvin (J·K⁻¹).

54Question

Comment calcule-t-on l’entropie d’un système polyconstitué ?

Réponse

$S=\sum_i n_iS_{m,i}$

55Question

Comment définit-on l’entropie de réaction à T et P constants ?

Réponse

$\Delta_rS=\left(\frac{\partial S}{\partial\xi}\right)_{T,P}$

56Question

Quel ordre relie les entropies des phases gazeuse, liquide et solide ?

Réponse

$S_{gaz}\gg S_{liquide}>S_{solide}$

57Question

Quelle formule donne l’entropie standard de réaction ?

Réponse

$\Delta_rS^0(T)=\sum_i\nu_iS_{m,i}^0(A_i,T)$

58Question

Comment calcule-t-on la variation d’entropie d’un changement d’état réversible à $T_0$ ?

Réponse

$\Delta_{1\to2}S^0(A,T_0)=\frac{\Delta_{1\to2}H^0(A,T_0)}{T_0}$

59Question

À $T$ et $P$ constants, que devient $G$ lors d’une évolution spontanée ?

Réponse

Elle diminue et atteint son minimum à l’équilibre.

60Question

Qu’est-ce que le potentiel chimique $\mu_i$ de $A_i$ dans un mélange ?

Réponse

Son enthalpie libre molaire partielle, exprimée en $\mathrm{J\,mol^{-1}}$ .

61Question

Quelle relation donne $\mu_i$ en fonction de son activité ?

Réponse

$\mu_i=\mu_i^{\mathrm{REF}}+RT\ln(a_i)$ .

62Question

Lors d’un transfert spontané de matière entre deux phases, vers quel potentiel chimique la matière s’écoule-t-elle ?

Réponse

Vers le potentiel chimique le plus faible.

63Question

En quelles unités s’expriment les densités linéique, surfacique et volumique ?

Réponse

$\mathrm{C\,m^{-1}}$ , $\mathrm{C\,m^{-2}}$ et $\mathrm{C\,m^{-3}}$ , respectivement.

64Question

Quelles informations déterminent les paramètres de position dont dépend la norme du champ électrostatique ?

Réponse

Les invariances de la distribution de charges.

65Question

Comment les lignes du champ électrostatique se comportent-elles autour d’une charge positive ?

Réponse

Elles divergent depuis la charge.

66Question

Comment les lignes du champ électrostatique se comportent-elles autour d’une charge négative ?

Réponse

Elles convergent vers la charge.

67Question

Quelle formule donne le flux gravitationnel sortant d’une surface fermée ?

Réponse

$\oiint_S\vec G\cdot\vec n_{\mathrm{ext}}\,dS=-4\pi\mathcal G M_{\mathrm{int}}$

68Question

Quel est le champ électrique à l’extérieur d’une boule uniformément chargée ?

Réponse

$\vec E(M)=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0}\frac{\vec{OM}}{OM^3}$

69Question

Quelle est la circulation du champ électrostatique entre A et B ?

Réponse

$\mathcal C_{A\to B}=V(A)-V(B)$

70Question

Comment calculer en M le potentiel créé par une distribution discrète ?

Réponse

$V(M)=\sum_{i=1}^{N}\frac{q_i}{4\pi\varepsilon_0P_iM}$

71Question

Dans quel sens sont orientées les lignes de champ électrostatique ?

Réponse

Vers les potentiels décroissants.

72Question

Quelle est la valeur approximative de la composante horizontale du champ magnétique terrestre ?

Réponse

$2\times10^{-5}\,\mathrm{T}$

73Question

Quel champ magnétique est produit par les appareils électroménagers ?

Réponse

Quelques $10^{-4}\,\mathrm{T}$

74Question

Quelle formule donne le courant volumique pour plusieurs types de porteurs ?

Réponse

$\vec j=\sum_k\rho_k\vec v_k$ .

75Question

Quelle relation définit la résistivité dans un conducteur ohmique ?

Réponse

$\rho=1/\gamma$ .

76Question

Que déterminent les invariances de la distribution de courants pour le champ magnétique ?

Réponse

Les paramètres de position dont dépend sa norme.

77Question

Quelle propriété le flux magnétique conserve-t-il à travers un tube de champ ?

Réponse

Il a la même valeur à travers toute section du tube.

78Question

Quelle forme prennent les lignes magnétiques autour d’un fil infini ?

Réponse

Des cercles orientés selon la règle du tire-bouchon.

79Question

Quelle formule donne l’inductance propre d’un solénoïde long ?

Réponse

$L=\frac{\mu_0N^2S}{l}$ .

80Question

Quel alignement du dipôle électrique est stable dans un champ uniforme ?

Réponse

L’alignement de $\vec p$ et $\vec E$ dans le même sens, d’énergie minimale.

81Question

Quelle force agit sur un dipôle dans un champ électrique non uniforme ?

Réponse

$\vec F=(\vec p\cdot\vec\nabla)\vec E_{\mathrm{ext}}$

82Question

Comment s’écrit l’enthalpie d’un système polyconstitué en fonction des quantités de matière ?

Réponse

$H(T,P,(n_i))=\sum_i n_iH_{m,i}$ .

83Question

À quelle pression se trouve l’état standard d’un constituant ?

Réponse

À la pression standard $P^0=1\,\text{bar}$ .

84Question

Quelle condition permet l’approximation d’Ellingham pour l’enthalpie standard de réaction ?

Réponse

Aucun réactif ni produit ne doit changer d’état physique dans l’intervalle considéré.

85Question

Quel signe de $\Delta_rS^0$ attend-on si une réaction produit plus de gaz qu’elle n’en consomme ?

Réponse

$\Delta_rS^0$ est positif.

86Question

Quel ordre de grandeur a $|\Delta_rS^0|$ lorsque $|\Delta_r\nu_{gaz}|=1$ ?

Réponse

Environ 100 à 200 J·K⁻¹·mol⁻¹.

87Question

Quelle expression donne $dG$ sans travaux autres que ceux des forces de pression ?

Réponse

$dG=-S\,dT+V\,dP-T\,\delta S_{cr}$ , avec $\delta S_{cr}\geq0$ .

88Question

Quelle activité vaut un gaz parfait pur à la pression $P$ ?

Réponse

$P/P^0$ , avec $P^0=1\,\mathrm{bar}$ .

89Question

Quelle activité a le gaz $i$ dans un mélange idéal de gaz parfaits ?

Réponse

$P_i/P^0$ , avec $P_i=x_i^{v}P$ selon la loi de Dalton.

90Question

Quelle activité a un soluté en solution très diluée ?

Réponse

$C_i/C^0$ , avec $C^0=1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ .

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1. Quelle branche de l’électromagnétisme étudie les champs électriques produits par des distributions de charges fixes dans le référentiel du laboratoire ?

2. Un modèle représente des charges comme une collection de charges ponctuelles fixes ; comment qualifie-t-on cette distribution, par opposition à une distribution décrite par des éléments mésoscopiques de charge ?

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