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REPERE DNB11-COLPHC1SMET

DIPLME NATIONAL du BREVET

Session 2011

PHYSIQUE - CHIMIE

Srie Collge

DURE : 45 min - COEFFICIENT : 1

Ce sujet comporte 8 pages numrotes de 1/8 8/8.

Le candidat sassurera en dbut dpreuve que le sujet est complet.

Le candidat rpond directement sur le sujet qui doit tre remis en fin dpreuve, lintrieur de la copie, sans le dgrafer.

Lusage de la calculatrice est autoris.

BARME :

Premire partie : CHIMIE 7 points

Deuxime partie : LECTRICIT 6,5 points

Troisime partie : MCANIQUE 4,5 points

Orthographe et prsentation : 2 points

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Petits vhicules solaires

La voiture-jouet, photographie ci-dessous, est constitue principalement dune cellule photovoltaque qui, lorsquelle est claire, alimente un petit moteur lectrique qui peut fonctionner grce la lumire du Soleil. Les roues de la voiture-jouet tournent et celle-ci se met en mouvement.

Partie Chimie : (7 points)

1. La cellule photovoltaque contient des atomes de silicium et de phosphore.

1.1. Citer les deux constituants dun atome.

1.2. Choisir la (ou les) bonne(s) rponse(s) parmi les propositions suivantes :

L'atome est lectriquement neutre. L'atome est charg positivement. L'atome est charg ngativement.

2. Une cellule photovoltaque utilise une source dnergie renouvelable. Elle convertit lnergie lumineuse en nergie lectrique. On peut la remplacer par une pile lectrochimique.

2.1. Expliquer pourquoi une pile suse progressivement et finit par ne plus fonctionner.

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2.2. Nommer la forme dnergie convertie partiellement en nergie lectrique dans une pile (cocher la bonne rponse) :

nergie thermique. nergie mcanique. nergie chimique.

3. La pile du futur sera certainement une pile combustible. Cette pile consomme du dihydrogne et du dioxygne. Elle sera plus performante que les piles actuelles.

Le dihydrogne peut tre prpar en laboratoire en versant de lacide chlorhydrique sur du fer. On obtient du dihydrogne et des ions fer II.

3.1. Citer les ractifs et les produits de cette transformation chimique.

3.2. Entre quelles valeurs est compris le pH de lacide chlorhydrique ?

3.3. Expliquer pourquoi lacide chlorhydrique peut conduire le courant lectrique.

3.4. Citer deux mtaux utiliss dans la vie courante autres que le fer.

3.5. Citer le nom des particules responsables de la conduction lectrique dans les mtaux.

3.6. Donner la formule de lion fer II.

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3.7. Nommer l'ion de formule Cl-.

4. On veut caractriser la prsence de dihydrogne dans un tube essais. Donner le schma et les lgendes du test de reconnaissance du dihydrogne dans le cadre ci-dessous :

Partie lectricit : (6,5 points)

1. Lorsque la cellule photovoltaque est claire, elle alimente le moteur lectrique qui permet la mise en mouvement de la voiture. Complter le diagramme nergtique de ces deux convertisseurs dnergie avec les mots : lectrique, lumineuse, mcanique.

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2. Avec un oscilloscope, on visualise la tension aux bornes de la cellule photovoltaque lorsquelle est soumise un clairage constant. On obtient loscillogramme suivant :

2.1. Cocher la (ou les) bonne(s) rponse(s) dcrivant la tension observe :

Tension variable Tension alternative Tension continue

Tension sinusodale Tension priodique

2.2. Calculer la valeur de cette tension.

2.3. Indiquer le type de tension dlivre par une prise du secteur en cochant la (ou les) bonne(s) rponse(s) :

Tension variable Tension alternative Tension continue

Tension sinusodale Tension priodique

2.4. Donner la frquence de la tension du secteur en France.

2.5. Citer un lment commun toutes les centrales lectriques.

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2.6. Nommer les deux principaux constituants de cet lment.

3. Lorsque la voiture-jouet fonctionne, on mesure une tension gale 0,5 V aux bornes du moteur lorsquil est travers par un courant I dintensit gale 0,01 A.

3.1. Indiquer la relation (avec les units) qui permet de calculer la puissance lectrique reue par le moteur. .

3.2. Calculer cette puissance.

Partie Mcanique : (4,5 points)

1. En Janvier 2004, un petit vhicule de reconnaissance baptis Spirit sest pos sur le sol de Mars. Son mode de fonctionnement est analogue celui de la voiture-jouet.

1.1. Sur Terre, la masse m de Spirit vaut 185 kg et son poids est de 1813 N. On donne les intensits de la pesanteur g :

- Sur Terre : gT 9,8 N/kg - Sur Mars : gM 3,6 N/kg

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1.1.1. Nommer lappareil de mesure de la masse dun objet.

1.1.2. Cocher laffirmation correcte :

Sur Mars, la masse de Spirit est infrieure 185 kg. Sur Mars, la masse de Spirit est gale 185 kg. Sur Mars, la masse de Spirit est suprieure 185 kg.

1.1.3. Nommer lappareil de mesure du poids dun objet.

1.1.4. Indiquer la relation (avec les units) qui permet de calculer le poids P dun objet en fonction de sa masse m et de lintensit de la pesanteur g du lieu.

1.1.5. Cocher la proposition correcte en expliquant le choix :

Sur Mars, le poids de Spirit est infrieur 1813 N. Sur Mars, le poids de Spirit est gal 1813 N. Sur Mars, le poids de Spirit est suprieur 1813 N.

2. Lors de son atterrissage, la vitesse de chute de Spirit tait de 30 km/h, soit 8,3 m/s. Des airbags se sont gonfls pour que le vhicule ne scrase pas sur le sol de Mars.

2.1. Nommer lnergie lie au mouvement dun objet.

2.2. Donner le nom et le symbole de lunit dnergie dans le systme international (SI).

Nom de lunit : ... Symbole : ....

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2.3. Calculer lnergie cintique Ec de Spirit lors de latterrissage. On rappelle que lnergie cintique Ec dun objet de masse m et de vitesse v est donne par la relation :

2C

1E mv2

=