Physique chimie, technologie, DNB Métropole 09 / 2024. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ... Physique chimie (25 points) Plus de trente années ont été nécessaires pour mettre au point le télescope spatial James Webb qui a été lancé dans l’espace le 25 décembre 2021. Les innovations technologiques de ce télescope spatial permettent d’améliorer les connaissances scientifiques actuelles concernant la formation des étoiles et des galaxies ainsi que la composition des atmosphères de planètes situées en dehors du système solaire. Question 1 (7 points) 1a- Indiquer deux domaines d’études scientifiques dans lesquels des progrès sont attendus grâce aux observations du télescope spatial James Webb. Formation des étoiles et des galaxies. Composition des atmosphères des planètes situées hors du système solaire. Le télescope spatial James Webb effectue un mouvement circulaire uniforme autour du Soleil et met un an pour parcourir la totalité de sa trajectoire. Toujours situé à une distance de 1,5 million de kilomètres de la Terre, le télescope spatial accompagne ainsi notre planète dans son mouvement par rapport au Soleil. Le Soleil, la Terre et le télescope sont toujours alignés.  1b- Caractériser un mouvement circulaire uniforme. La trajectoire est un cercle ; la valeur de la vitesse est constante.  1c- Déterminer lequel des schémas présentés ci-dessous représente correctement les mouvements du télescope spatial James Webb et de la Terre par rapport au Soleil. Justifier la réponse en donnant une raison pour laquelle l’autre schéma n’est pas correct. Le Soleil, la Terre et le télescope sont toujours alignés. L’un des objectifs du télescope James Webb est d’étudier la composition de l’atmosphère de planètes situées en dehors du système solaire. Une des toutes premières séries de mesures de ce télescope a ainsi permis de mettre clairement en évidence la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une planète située à plus de 700 années-lumière de la Terre. Question 2 (6 points) 2a- Indiquer la formule chimique de la molécule de dioxyde de carbone. CO2. Les modélisations réalisées par les scientifiques suite à cette série de mesures indiquent que l’atmosphère de cette planète contiendrait également de l’eau, du monoxyde de carbone (CO) et du sulfure d’hydrogène (H2S), mais pas de méthane.  2b- Parmi les propositions ci-dessous, identifier les trois modèles moléculaires qui correspondent à des molécules présentes dans l’atmosphère de la planète étudiée en associant le numéro du modèle au nom de la molécule. Justifier la réponse à l’aide des compositions atomiques des molécules. Le télescope spatial James Webb a également permis de réaliser la première image d’une autre planète située en dehors du système solaire. Cette planète se situe à 92 unités astronomiques* de l’étoile autour de laquelle elle est en orbite. La masse de cette planète est environ sept fois plus grande que la masse de Jupiter alors que son diamètre est quasiment identique à celui de Jupiter. Question 3 (7 points) 3a- Convertir en millions de kilomètres la distance, notée D, séparant la planète observée par le télescope spatial et l’étoile autour de laquelle elle est en orbite. Utiliser la valeur trouvée afin de comparer la taille de ce système planétaire à celle du système solaire (4500 millions de km).. Une unité astronomique = 150 millions de km. D = 92 x150 =13 800 millions de km. 13 800 / 4500 ~ 3 fois plus grand que le système solaire. 3b- Sans faire de calcul, expliquer pourquoi la masse volumique moyenne de cette planète est bien plus grande que la masse volumique moyenne de Jupiter. Le volume de Jupiter et de cette planète sont identiques. La masse de cette planète est 7 fois plus grande que la masse de Jupiter. La valeur de la force gravitationnelle exercée par un objet A sur un objet B, notée F se calcule en utilisant la formule F = G mA mB /  d2.  mA est la masse de l’objet A exprimée en kilogrammes ;  mB est la masse de l’objet B exprimée en kilogrammes ; d est la distance entre l’objet A et l’objet B exprimée en mètres ; G  = 6,67 10-11 SI est la constante de gravitation universelle exprimée en unités du système international. Question 4 (5 points)  4a- Attribuer à chacune des cases de l’application numérique ci-dessous une valeur numérique issue du tableau afin de pouvoir calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle F exercée par la Terre sur le télescope spatial James Webb. F = 6,67 10-11 x 5,98 1024 x 6200 / (1,49 109)2. 4b- Expliquer, sans calcul, pourquoi la valeur de la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur le télescope est plus grande que celle exercée par la Terre sur le télescope  bien que le Soleil soit environ cent fois plus loin du télescope que la Terre. Distance Soleil télescope = 1,51 1011 m ~ 100 fois la distance terre télescope. Masse du soleil = 1,99 1030 kg ~ 106 fois la masse de la terre. d2 est multiplié par 104 et intervient au dénominateur. Msoleil ~ 106 fois Mterre et intervient au numérateur. ... .... Technologie. 25 points Les douches représentent 39 % des utilisations domestiques de l’eau. En 10 ans, le prix de l’eau en France a augmenté de 10 %. Une société propose une douche permettant d’économiser de 70% à 90% de l’eau consommée par rapport à une douche classique. En cycle ouvert, elle fonctionne comme une douche classique : l’eau utilisée est évacuée. Quand l’utilisateur choisit le cycle fermé, l'eau est alors récupérée (réservoir), pour être recyclée puis réutilisée. Question 1 (3 points) Indiquer en quoi ce système répond à un enjeu sociétal actuel. La quantité d'eau potable distibuée par le réseau est limitée. Il faut donc économiser cette eau. Question 2 (6 points) Compléter les fonctions techniques et les solutions techniques du système (6 réponses attendues). Fonctions techniques Solutions techniques nettoyer et désinfecter l'eau filtre et stérélisateur UV réchauffer l'eau chauffe eau Faire circuler l'eau en cycle fermé pompe capteur de niveau d'eau; vanne d'évacuation réservoir réglage de la température de l'eau ; réglage du débit ; choix cycle fermé / cycle ouvert. boitier de commande Pour identifier l’économie d’eau, deux scénarios sont envisagés. Scénario 1 : 6 minutes en cycle ouvert , débit 15 L / min. Scénario 2 : 1 minute en cycle ouvert puis 5 minutes en cycle fermé ( volume d'eau nécessaire 5 L). Question 3 (6 points) Calculer le volume d’eau consommé pour chacun des deux scénarios proposés. En déduire le gain de consommation d’eau réalisé, exprimé en pourcentage. Comparer avec les valeurs annoncées par la société dans l’introduction. Scénario 1 : 15 x6 = 90 L d'eau. Scénario 2 : 15+5=20  L d'eau. Gain : 90-20 / 90 x100 ~78 %, en accord avec les valeurs annoncées. Question 4 (4 points).  Indiquer les valeurs numériques des deux caractéristiques utiles au choix de la pompe. En déduire le numéro de la pompe choisie qui correspond précisément à ces caractéristiques. Débit de la pompe 15 L /min ; pression : 4 bars. – principe du fonctionnement des cycles ouvert et fermé . Au départ, le mode cycle ouvert est séléctionné. La pompe, le chauffe-eau et le stérilisateur UV sont arrêtés. La vanne d’alimentation en eau et la vanne d’évacuation sont ouvertes. Si le mode cycle fermé est sélectionné, la vanne d’évacuation se ferme. La pompe, le stérilisateur UV et le chauffe-eau sont démarrés. Lorsque le niveau haut du réservoir est atteint, la vanne d’alimentation en eau est fermée. Si pendant le mode cycle fermé, le niveau bas du réservoir est atteint, la vanne d’alimentation en eau est ouverte. Question 5 (6 points) Compléter le programme de fonctionnement du système de la douche (7 réponses attendues).

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