Agrégation physique externe spéciale 2019, épreuve écriteSujet

Le sujet s'inscrit dans le contexte de la révision 2019 du Système international d'unités fondée sur les constantes fondamentales de la physique. La partie à dominante physique étudie, d'une part, la thermométrie acoustique en phase gazeuse (propagation acoustique en cavité sphérique, lien entre vitesse du son et constante de Boltzmann à partir de l'équation du viriel) et, d'autre part, le principe de la balance de Kibble pour mesurer la constante de Planck, en s'appuyant sur l'effet Josephson (étalon quantique de tension) et l'effet Hall quantique (étalon quantique de résistance).

1. 1Partie physique I : thermométrie acoustique en phase gazeuseÉtudier la propagation d'ondes acoustiques dans une cavité sphérique, établir l'équation de Helmholtz et ses modes propres, puis relier la vitesse du son aux grandeurs thermodynamiques (viriel, capacités thermiques) pour remonter à la constante de Boltzmann.
2. 2Partie physique II : la balance de KibbleÉtudier l'effet Josephson (jonction supraconductrice, marches de Shapiro) comme étalon quantique de tension, l'effet Hall quantique (niveaux de Landau) comme étalon quantique de résistance, puis le principe de la balance de Kibble combinant mode force et mode vitesse pour mesurer la constante de Planck.
3. 3Partie chimie A : thermodynamique de la métallurgie du ferÉtudier les réactions de réduction des oxydes de fer par le monoxyde de carbone dans un haut-fourneau, les équilibres thermodynamiques associés, la variance du système et le diagramme de phase fer-carbone.
4. 4Partie chimie B : dosage d'une solution d'ions fer(II)Étudier le dosage potentiométrique à intensité imposée des ions Fe2+ par les ions permanganate à l'aide de courbes courant-potentiel, pour déterminer la formule d'un sulfate de fer hydraté.
5. 5Partie chimie C : synthèse catalytique d'une lactoneÉtudier le mécanisme de lactonisation d'un diol par déshydrogénation catalysée par un complexe du fer, la stéréochimie du produit obtenu et un mécanisme catalytique apparenté à base de ruthénium.