1. Constitution de la matière de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique
A) Description et caractérisation de la matière à l’échelle macroscopique
Corps purs et mélanges au quotidien.
Espèce chimique, corps pur, mélanges d’espèces chimiques, mélanges homogènes et hétérogènes.
Identification d’espèces chimiques dans un échantillon de matière par des mesures physiques ou des tests chimiques.
Composition massique d’un mélange.
Composition volumique de l’air.
Le noyau de l’atome, siège de sa masse et de son identité.
Numéro atomique, nombre de masse, écriture conventionnelle : AZX ou AX.
Élément chimique.
Masse et charge électrique d’un électron, d’un proton et d’un neutron, charge électrique élémentaire, neutralité de l’atome.
Le cortège électronique de l’atome définit ses propriétés chimiques.
Configuration électronique (1s, 2s, 2p, 3s, 3p) d’un atome à l’état fondamental et position dans le tableau périodique (blocs s et p).
Électrons de valence.
Familles chimiques.
Stabilité chimique des gaz nobles et configurations électroniques associées.
Ions monoatomiques.
Molécules.
Modèle de Lewis de la liaison de valence, schéma de Lewis, doublets liants et non-liants.
Signal sonore périodique, fréquence et période. Relation entre période et fréquence.
Perception du son : lien entre fréquence et hauteur ; lien entre forme du signal et timbre ; lien qualitatif entre amplitude, intensité sonore et niveau d’intensité sonore.
Échelle de niveaux d’intensité sonore.
Échelles de description. Grandeurs macroscopiques de description d’un fluide au repos : masse volumique, pression, température.
Modèle de comportement d’un gaz : loi de Mariotte.
Actions exercées par un fluide sur une surface : forces pressantes.
Loi fondamentale de la statique des fluides.
3. Mouvement d’un système
Vecteur variation de vitesse.
Lien entre la variation du vecteur vitesse d’un système modélisé par un point matériel entre deux instants voisins et la somme des forces appliquées sur celui-ci. Rôle de la masse.
L’énergie : conversions et transferts
1. Aspects énergétiques des phénomènes électriques
Porteur de charge électrique. Lien entre intensité d’un courant continu et débit de charges.
Modèle d’une source réelle de tension continue comme association en série d’une source idéale de tension continue et d’une résistance.
Puissance et énergie. Bilan de puissance dans un circuit. Effet Joule. Cas des dipôles ohmiques.
Rendement d’un convertisseur
2. Aspects énergétiques des phénomènes mécaniques
Énergie cinétique d’un système modélisé par un point matériel.
Travail d’une force. Expression du travail dans le cas d'une force constante.
Théorème de l’énergie cinétique.
Forces conservatives. Énergie potentielle. Cas du champ de pesanteur terrestre.
Forces non-conservatives : exemple des frottements.
Énergie mécanique. Conservation et non conservation de l’énergie mécanique.
Gain ou dissipation d’énergie.
Ondes et signaux
1. Ondes mécaniques
Onde mécanique progressive. Grandeurs physiques associées.
Célérité d’une onde. Retard.
Ondes mécaniques périodiques. Ondes sinusoïdales.
Période. Longueur d'onde.
Relation entre période, longueur d’onde et célérité.
2. La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire
A) Images et couleurs
Relation de conjugaison d’une lentille mince convergente.
Couleur des objets. Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission.
Vision des couleurs et trichromie
B) Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Domaines des ondes électromagnétiques.
Relation entre longueur d’onde, célérité de la lumière et fréquence.
Le photon. Énergie d’un photon.
Description qualitative de l’interaction lumière-matière : absorption et émission.
Quantification des niveaux d’énergie des atomes.
Constitution et transformations de la matière
1. Déterminer la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques
A) Modéliser des transformations acide-base par des transferts d’ion hydrogène H+
Transformation modélisée par des transferts d’ion hydrogène H+ : acide et base de Brönsted, couple acide-base, réaction acide-base.
Couples acide-base de l’eau, de l’acide carbonique, d’acides carboxyliques, d’amines.
Espèce amphotère.
B) Analyser un système chimique par des méthodes physiques
pH et relation pH = - log ([H3O+] / c°) avec c° = 1 mol·L-1 , concentration standard.
Absorbance ; loi de Beer-Lambert
Conductance, conductivité ; loi de Kohlrausch
Spectroscopie infrarouge et UV-visible. Identification de groupes caractéristiques et d’espèces chimiques.
C) Analyser un système par des méthodes chimiques
Titre massique et densité d’une solution.
Titrage avec suivi pH-métrique.
Titrage avec suivi conductimétrique.
2. Modéliser l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation
A) Suivre et modéliser l’évolution temporelle d’un système siège d’une transformation chimique
Suivi temporel et modélisation macroscopique. Transformations lentes et rapides.
Facteurs cinétiques : température, concentration des réactifs.
Catalyse, catalyseur.
Vitesse volumique de disparition d’un réactif et d’apparition d’un produit.
Temps de demi-réaction
Loi de vitesse d’ordre 1.
Modélisation microscopique
Mécanisme réactionnel : acte élémentaire, intermédiaire réactionnel, formalisme de la flèche courbe.
Modification du mécanisme par ajout d’un catalyseur. Interprétation microscopique de l’influence des facteurs cinétiques.
B) Modéliser l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation nucléaire>
Décroissance radioactive
Stabilité et instabilité des noyaux : diagramme (N,Z), radioactivité α et β, équation d’une réaction nucléaire, lois de conservation.
Radioactivité γ
Évolution temporelle d’une population de noyaux radioactifs ; constante radioactive ; loi de décroissance radioactive ; temps de demi-vie ; activité.
Radioactivité naturelle ; applications à la datation.
Applications dans le domaine médical ; protection contre les rayonnements ionisants.
3. Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique
A) Prévoir le sens de l’évolution spontanée d’un système chimique
État final d’un système siège d’une transformation non totale : état d’équilibre chimique. Modèle de l’équilibre dynamique.
Quotient de réaction Qr.
Système à l’équilibre chimique : constante d’équilibre K(T).
Critère d’évolution spontanée d’un système hors équilibre chimique.
Transformation spontanée modélisée par une réaction d’oxydo-réduction.
Pile, demi-piles, pont salin ou membrane, tension à vide. Fonctionnement d’une pile ; réactions électrochimiques aux électrodes. Usure d’une pile, capacité électrique d’une pile.
Oxydants et réducteurs usuels.
B) Comparer la force des acides et des bases
Constante d’acidité KA d’un
couple acide-base, produit
ionique de l’eau Ke.
Réaction d’un acide ou d’une
base avec l’eau, cas limite des
acides forts et des bases fortes
dans l’eau.
Solutions courantes d’acides et
de bases.
Diagrammes de prédominance et
de distribution d’un couple acidebase ; espèce prédominante, cas
des indicateurs colorés et des
acides alpha-aminés.
Solution tampon.
C) Forcer le sens d’évolution d’un système
Passage forcé d’un courant pour
réaliser une transformation
chimique.
Constitution et fonctionnement
d’un électrolyseur.
Stockage et conversion d’énergie
chimique.
4. Élaborer des stratégies en synthèse organique
Structure et propriétés
Formule topologique. Familles fonctionnelles : esters, amines, amides et halogénoalcanes. Squelettes carbonés insaturés, cycliques.
Isomérie de constitution.
Polymères.
Optimisation d’une étape de synthèse.
Optimisation de la vitesse de formation d’un produit et du rendement d’une synthèse.
Stratégie de synthèse multi-étapes
Modification de groupe caractéristique, modification de chaîne carbonée, polymérisation.
Protection / déprotection
Synthèses écoresponsables.
Mouvement et interactions
1. Décrire un mouvement
Vecteurs position, vitesse et accélération d’un point.
Coordonnées des vecteurs vitesse et accélération dans le repère de Frenet pour un mouvement circulaire.
Mouvement rectiligne uniformément accéléré.
Mouvement circulaire uniforme.
2. Relier les actions appliquées à un système à son mouvementt
Deuxième loi de Newton
Centre de masse d’un système.
Référentiel galiléen.
Deuxième loi de Newton.
Équilibre d'un système.
Mouvement dans un champ uniforme
Mouvement dans un champ de pesanteur uniforme.
Champ électrique créé par un condensateur plan. Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme.
Principe de l’accélérateur linéaire de particules chargées.
Aspects énergétiques.
Mouvement dans un champ de gravitation
Mouvement des satellites et des planètes. Orbite.
Lois de Kepler.
Période de révolution.
Satellite géostationnaire.
3. Modéliser l’écoulement d’un fluide
Poussée d’Archimède.
Écoulement d’un fluide en régime permanent.
Débit volumique d’un fluide incompressible. Relation de Bernoulli. Effet Venturi.
L’énergie : conversions et transferts
1. Décrire un système thermodynamique : exemple du modèle du gaz parfait
Modèle du gaz parfait. Masse
volumique, température
thermodynamique, pression.
Équation d’état du gaz parfait.
2. Effectuer des bilans d’énergie sur un système : le premier principe de la thermodynamique
Énergie interne d’un système. Aspects microscopiques.
Premier principe de la thermodynamique. Transfert thermique, travail.
Capacité thermique d’un système incompressible. Énergie interne d’un système incompressible.
Modes de transfert thermique. Flux thermique. Résistance thermique.
Bilan thermique du système Terre-atmosphère. Effet de serre.
Loi phénoménologique de Newton, modélisation de l’évolution de la température d’un système au contact d’un thermostat.
L’énergie : conversions et transferts
1. Caractériser les phénomènes ondulatoires
Intensité sonore, intensité sonore de référence, niveau d’intensité sonore. Atténuation (en dB).
Diffraction d’une onde par une ouverture : conditions d'observation et caractéristiques. Angle caractéristique de diffraction.
Interférences de deux ondes, conditions d'observation. Interférences constructives, Interférences destructives.
Interférences de deux ondes lumineuses, différence de chemin optique, conditions d’interférences constructives ou destructives.
Effet Doppler. Décalage Doppler.
2. Former des images, décrire la lumière par un flux de photons
A) Former des images
Modèle optique d'une lunette astronomique avec objectif et oculaire convergents.
Grossissement.
B) Décrire la lumière par un flux de photons
Le photon : énergie, vitesse, masse. Effet photoélectrique. Travail d’extraction.
Absorption et émission de photons.
Enjeux énergétiques : rendement d’une cellule photovoltaïque.
3. Étudier la dynamique d’un système électrique
Intensité d’un courant électrique en régime variable.
Comportement capacitif.
Modèle du condensateur. Relation entre charge et tension ; capacité d’un condensateur
Modèle du circuit RC série : charge d’un condensateur par une source idéale de tension, décharge d’un condensateur, temps caractéristique
