Correction de la Leçon de Physique n° 20 : Phénomènes de

Correction de la Leçon de Physique n° 20 : Phénomènes de transport.
Illustration(s).
11 avril 2012
PERGE Christophe
1
, SALORT Julien
2
Préparation à l'Agrégation de Physique option Physique 2011-2012, Ecole Normale Supérieure de Lyon
N.B. : Cette correction ne constitue en aucun cas une version dénitive de ce que doit être cette leçon. Je ne fais
que rapporter ce qui a été discuté durant la présentation et vous propose un résumé des points que me semblent
essentiels.
1
Rapport de Jury
La préparation de chaque leçon doit commencer par la lecture des rapports du jury. Les attentes du jury
peuvent évoluer au l des années, ces rapports sont donc faits pour vous orienter et vous aider à comprendre les
points essentiels de la leçon sur lesquels il faut insister. Le jour J, il faut donc les demander au moment où vous
choisirez vos livres aux gérants de la bibliothèque. Même si vous les avez lu durant l'année et que vous avez pris en
compte toutes les remarques du jury dans votre plan, c'est dans votre intérêt et cela vous mettra en valeur lorsque
le jury rentrera dans la salle et verra que vous les avez lu.
2010 : Le jury a regretté de ne pas avoir vu d'illustration expérimentale, même simple, des transferts thermiques.
Les expériences de mise en évidence de la diusion de particules doivent être réalisées dans des conditions où le
phénomène de convection n'est pas dominant.
Attention ! Avant 2010 le titre de la leçon était : Etude d'un phénomène de transport : conduction thermique
ou diusion de particules. Applications.
2009 : Le jury a regretté de ne pas avoir vu d'illustration expérimentale, même simple, des transferts thermiques.
Les expériences de mise en évidence de la diusion de particules doivent être réalisées dans des conditions où le
phénomène de convection n'est pas dominant.
2008, 2007 : L'aspect microscopique doit être abordé.
2006 : Un modèle microscopique doit être présenté.
2
Le point sur la leçon
2.1
Le plan présenté par le candidat
I] Les phénomènes de transport
1) Les diérents phénomènes de transport
2) Equilibre thermodynamique local (ETL)
3) Grandeurs conservées
1. [email protected] ; http ://perso.ens-lyon.fr/christophe.perge/
2. [email protected]
1
II] Diffusion
1) Loi phénoménologiques
2) Equation de la diusion
III] Applications
2.2
1) Sensation de chaud
2) Pertes thermiques à travers le mur d'une maison
Les bons points
Le candidat semble maitriser son sujet et ne manifeste pas de stress. Sa leçon était calme et posée. Il a su capter
l'attention du jury par son discours et en le solicitant du regard par moment.
2.3
Ce qu'il reste à améliorer
Discours trop monocorde, insister sur les points importants, changer l'intonation de la voie et le rythme pour
faire ressortir plus les points essentiels et donner un peu plus de vie à la leçon. Utiliser des couleurs pour encadrer
les résultats, noter par exemple les unités... Faire une expérience : exemple diusion de l'ammoniac dans un tube
comportant des cotons imbibés de phénolphtaléine ou du conductiscope. Trop d'approximation, pas assez de cohérence et de rigueur ! Plan à retravailler de manière à faire plus de comparaison entre les diérents phénomènes :
diusion de particules, diusion thermique, conduction électrique, mécanique des uides... pour cela utiliser un
tableau comparatif. Dire peut être à un moment donné qu'on va se consacrer uniquement à la diusion comme
phénomène de transport.
2.4
Conseils à suivre, erreurs à éviter.
Organisation du tableau : se laisser une partie pour écrire le plan et bien sur ne pas oublier d'écrire chacun des
paragraphes dès que l'on change de partie. Ecrire linéairement de gauche à droite et de bas en haut. Séparer
le tableau en 3-4 parties suivant la longueur du tableau avec des traits verticaux. Bien eacer avec la brosse
et ne pas laisser de trace pour éviter des confusions lorsque l'on réécrit par dessus.
Discours : utiliser un language courant mais ne pas tomber dans un discours trop facile. Ne pas utiliser de
MA lampe, MON générateur... ils ne vous appatiennent pas. Inclure le jury dans votre leçon en privilégiant
le NOUS au JE.
Mener au moins un calcul en entier au tableau et si possible sans regarder sa feuille.
Utiliser des ordres de grandeurs et donner des petites applications sans pour autant trop en abuser pour
pimenter un peu votre leçon.
Utiliser des transparents/diapo toutes faites qui se trouvent dans la banque de données. Ce qui veut dire
passer un peu de temps à regarder celles qui sont intéressantes et les repérer dans le logiciel. C'est un gain de
temps énorme et surtout on gagne aussi en clarté et en propreté des schémas en général !
Attention à ne pas écrire vecteur = scalaire !
Encadrer les résultats importants.
Attention aux changements de notations : λ 6= D
Ne pas laisser de livres ouverts lors de la présentation ! Si besoin recopier les parties intéressantes sur votre
feuille.
Lors des questions, il est bien de ne pas regarder ses notes pour y répondre.
Pour ce genre de leçon où l'on compare diérents phénomènes, l'utilisation d'un tableau me semble approprié
(Cf Tableau comparatif joint).
3
Le jeu des questions-réponses
Voici un certain nombre de questions pour vous faire rééchir et pour aller un peu plus loin :
Origine microscopique de la diusion de particules ?
Nécéssité d'un milieu matériel ? Peut-on avoir de la diusion de particule dans le vide ? Que se passe-t-il si on
diminue la densité particulaire du support ? Comment varie D ? Cela reste-t-il de la diusion ?
2
Comment évolue D avec la température ?
Que pouvez vous dire sur le mouvement brownien ?
OG du libre parcours moyen dans un gaz ? => 0.1µm. Un liquide ? => 0.1nm.
Approxiation des milieux continus ? => A dire hypothèse importante ! l∗ a L : échelle mésoscopique
Comment calculer expérimentalement un coecient de diusion de particules ?
Quelles expériences auraient-on pu faire ? => exp de diusion de l'ammoniac dans un tube.[3]
Qu'est-ce qu'un mouvement sur-diusif ? Sous diusif ?
Connaissez vous le problème de diusion de Kramers ?
Dénir la résistance thermique ? Analogie ? Intérêt des doubles vitrages ?
Connaissez vous des applications de la diusions ? Semi-conducteur (dopage des semi conducteurs...) , solide
cristallin (diusion des petits atomes dans des sites interstitiels grâce aux défauts ponctuels du cristal...) ,
bombe nucléaire (diusion de neutrons...).
A partir de quand la convection prend le dessus sur la diusion ? => dès qu'il y a un mouvement macroscopique
du support.
Phénomène de diusion ? lent ? => la diusion est ecace à petites échelles (spatiales) et s'étoue au cours
du temps.
Lors de votre application de la sensation de chaud, lorsqu'on pose la main sur du bois ou de l'acier quelle est
la grandeur physique que l'on ressent ? => le vecteur densité de ux de chaleur pour ma part !
Température de la main = 37°C ? => un peu exagéré...
Quels sont les eets thermoélectriques que vous connaissez ?
Pourquoi avez vous choisi de développer ce phénomène de transport plutôt qu'un autre ?
Cas de la diusion de quantité de mouvement ?
Quelle est l'ecacité du procédé de diusion par rapport à la technique par centrifugation pour séparer
l'uranium 238 et 235 ?
Est-ce que tu connais un exemple physique où la température obéit à une équation de d'Alembert ? => Dans
l'hélium superuide (second son)
Est-ce que tous les métaux ont le même D ? Est-ce qu'ils sont tous bon conducteurs ? Est-ce qu'on se brûle
nécessairement avec une cuillère en inox ?
Références
[1] S. Olivier, Physique PC/PC*, Tec & Doc
[2] S. Olivier et H. Gié, Thermodynamique, Première et deuxième année, Tec & Doc, (ancienne édition jaune et bleu)
[3] C. Garing, 1001 questions de la physique en prépa deuxième année, PC/PC*,
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