CNC 2026 · PSI · Physique 2
CNC 2026, filière PSI, matière physique, épreuve 2.
- Durée : 4 h
- 37 questions
- Difficulté : 3/5
Présentation du sujet
Deux mesures de laboratoire classiques, entièrement redémontrées. La méthode de Bessel donne la focale d'une lentille convergente à partir de deux positions conjuguées ; la seconde partie construit l'équation de diffusion thermique dans une tige, introduit les pertes latérales par conducto-convection, compare les échelles de temps de conduction, convection et rayonnement, puis mesure la conductivité du cuivre par deux méthodes, dont le conductomètre historique d'Ingenhousz.
Thèmes abordés
- relation de conjugaison et méthode de Bessel
- diffusion thermique dans un barreau
- loi de Fourier et bilan d'énergie interne
- pertes conducto-convectives, loi de Newton
- temps caractéristiques (conduction, convection, rayonnement)
- mesure expérimentale d'une conductivité thermique
- conductomètre d'Ingenhousz
Parties et questions
Partie 1 · Mesure d'une distance focale par la méthode de Bessel
- 1 Construire l'image réelle A'B' donnée par la lentille dans la position O1.
- 2 À partir de la relation de conjugaison de la lentille, établir l'équation du second degré liant z, D et f'.
- 3 Montrer qu'il existe deux positions de la lentille pour lesquelles on obtient une image réelle A'B' nette sur l'écran si et seulement si D > 4f'.
- 4 On note z1 et z2 les deux solutions de l'équation obtenue dans la question 2. Exprimer la distance d = z2 − z1 séparant les deux positions précédentes de la lentille. En déduire que la distance…
- 5 On mesure expérimentalement D et d pour une lentille convergente. On obtient les résultats suivants : D (cm) = 55,0 ; 60,0 ; 65,0 ; 70,0 ; 75,0 ; 80,0 ; 85,0 ; 90,0 — d (cm) = 14,3 ; 22,6 ; 29,7…
- 6 Citer une autre méthode pour déterminer la distance focale d'une lentille convergente.
Partie 2 · Mesure d'une conductivité thermique · 1. Conduction thermique (bilan d'énergie et équation de diffusion)
- 1.1 Donner les unités de j_th (vecteur densité de courant thermique) et λ (conductivité thermique).
- 1.2 De quel(s) paramètre(s) physique(s) peut dépendre λ ?
- 1.3 Relier la loi de Fourier au second principe de la thermodynamique.
Partie 2 · Mesure d'une conductivité thermique · 1. Conduction thermique (pertes latérales et temps caractéristiques)
Partie 2 · Mesure d'une conductivité thermique · 2. Mesure de la conductivité du cuivre
Partie 2 · Mesure d'une conductivité thermique · 3. Conductomètre d'Ingenhousz
Le corrigé détaillé, question par question, est disponible gratuitement sur cette page.