CAPES physique-chimie externe 2017, épreuve 1Sujet et rapport du jury
CAPES externe physique-chimie - composition 2017
- Physique des semi-conducteurs : bandes d'énergie, dopage
- Théorème de Gauss et jonction PN
- Effet photovoltaïque et caractéristique courant-tension
- Électronique : diagramme de Bode, conversion continu-alternatif
- Mécanique : théorème du moment cinétique, référentiel géocentrique
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Présentation du sujet
DifficilePanneaux photovoltaïques : semi-conducteurs dopés, jonction PN, conversion continu-alternatif et positionnement optimal (CAPES externe physique-chimie, épreuve de composition)Afficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileL'épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 porte sur les panneaux photovoltaïques et leurs applications, en cinq parties. Elle étudie les propriétés électriques des semi-conducteurs, leur dopage par diffusion, la jonction PN à l'origine de l'effet photovoltaïque, la conversion continu-alternatif par un onduleur, puis le positionnement optimal d'un panneau selon la position du Soleil par rapport à la Terre.
- 1Partie A : propriétés électriques des semi-conducteursBandes d'énergie de valence, interdite et de conduction, densité de porteurs de charge, loi d'Ohm locale, résistivité et conduction électrique dans les métaux en fonction de la température.
- 2Partie B : modification des caractéristiques électriques des semi-conducteursDopage par diffusion à haute température de particules dopantes dans le silicium intrinsèque, loi de Fick et bilan de particules, puis application du théorème de Gauss et étude de l'équilibre de la jonction PN.
- 3Partie C : cellule photovoltaïqueSymbole et fonctionnement de la photodiode, exploitation de la caractéristique courant-tension d'une cellule puis d'un panneau photovoltaïque, proposition d'une activité expérimentale pour la classe de terminale STI2D.
- 4Partie D : des panneaux photovoltaïques au réseau électriqueCaractéristiques de la tension du réseau électrique français, étude d'un onduleur, diagramme de Bode, puis résolution de problème sur la modélisation de l'ensoleillement au cours d'une journée.
- 5Partie E : optimisation de l'installation des panneaux solairesApplication du théorème du moment cinétique et du principe fondamental de la dynamique au mouvement de la Terre autour du Soleil, pour optimiser le positionnement d'un panneau photovoltaïque.
Difficile. La moyenne de cette épreuve de composition est de 8/20 avec un écart-type de 3 ; plusieurs parties, notamment la partie E sur l'optimisation du positionnement, sont très rarement traitées dans leur totalité.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 8 / 20 · écart-type 3 · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
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- Écart-type
- 3
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : rapport du jury. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesErreur de signe et confusion loi d'Ohm locale/intégrale · Conduction électrique dans les métaux mal interprétée · Courbes tracées hors du domaine de définitionAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesCe sujet de composition, sur les panneaux photovoltaïques et leurs applications, comportait 45 questions couvrant des compétences diverses : analyse de documents, démarche scientifique, restitution de connaissances et compétences pédagogiques. De nombreux candidats ont réussi à aborder une grande partie des questions en respectant leur ordre, avec des copies globalement bien présentées. Le jury relève que les lois de la physique sont connues (principe fondamental de la dynamique, théorème de Gauss) mais que leur utilisation dans un développement mathématisé, même élémentaire, est souvent mal maîtrisée, et que les questions d'ordre pédagogique sont peu ou mal abordées alors qu'elles sont largement récompensées lorsqu'elles sont bien traitées.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Erreur de signe et confusion loi d'Ohm locale/intégraleQ4 et Q5
De nombreux candidats ont commis une erreur de signe dans l'expression du vecteur densité de courant, et on a relevé des confusions entre loi d'Ohm locale et loi d'Ohm intégrale ; l'unité de la densité de courant a également donné lieu à de nombreuses erreurs.
« De nombreux cand idats ont commis une erreur de signe dans l'expression du vecteur densité de courant, et on a relevé des confusions entre loi »
- 2Conduction électrique dans les métaux mal interprétéeQ8
Cette question a mis en évidence chez de nombreux candidats une interprétation erronée de la conduction électrique dans les métaux, qui n'arrivent pas à expliquer l'évolution de la résistance d'un métal avec la température.
« Cette question a mis en évidence chez de nombreux candidats une interprétation erronée de la conduction électrique dans les mét aux »
- 3Courbes tracées hors du domaine de définitionQ13 et Q14
L'utilisation de la calculatrice pour fournir l'allure des courbes ne dispensait pas d'une réflexion sur le domaine de définition de la concentration ; tracer les courbes pour une valeur négative n'avait aucun sens, et ne pas renseigner les axes prive un graphe de son sens.
« Tracer les courbes pour x négatif n'avait aucun sens, ne pas renseigner les axes prive de sens un graphe »
- 4Champ électrique de la jonction PN mal établi aux limitesQ21 à Q23
Les démonstrations ont donné lieu à de nombreuses erreurs, le plus souvent dues à une prise en compte erronée des valeurs aux limites et des continuités du champ et du potentiel électrique à l'interface.
« Les démonstrations ont donné lieu à de nom breuses erreurs, le plus souvent dues à une non prise en compte »
- 5Symbole de la photodiode mal connuQ29
Trop rares sont les candidats connaissant le symbole normalisé d'une photodiode, qui la confondent avec une diode simple ; les conventions d'orientation indiquées ont été rarement exactes.
« Trop rares sont les candidats connaissant le symbole normalisé d'une photodiode, et confondent diode et photodiode. »
- 6Valeur maximale confondue avec valeur efficaceQ34
Trop de candidats n'ont pas su donner la totalité des caractéristiques de la tension délivrée sur le réseau électrique français, nombre d'entre eux confondant valeur maximale et valeur efficace.
« Nombre d'entre eux ont confondu valeur maximale et valeur efficace. »
Ce qui a été bien réussi
- À la question 1, les candidats ont généralement su extraire les informations pertinentes de l'annexe sur les semi-conducteurs.
- Les questions 6, 15-16, 24, 25-26, 30-31, 35 et 37 sont généralement bien traitées.
- De nombreux candidats ont réussi à aborder une grande partie des 45 questions posées, en respectant l'ordre de celles-ci.
Conseils du jury
- Soigner la gestion des unités, en particulier lors de la comparaison de grandeurs exprimées dans des unités différentes (m⁻³ ou cm⁻³).
- Justifier rigoureusement les arguments de symétrie en citant précisément les plans de symétrie de la distribution étudiée.
- Vérifier le domaine de définition d'une grandeur avant de tracer sa courbe représentative.
- Traiter avec soin les conditions aux limites et la continuité du champ et du potentiel électrique à une interface.
- Connaître les symboles normalisés des composants électroniques courants, dont la photodiode.
- Bien distinguer valeur maximale et valeur efficace d'un signal périodique.
- Ne pas négliger les questions pédagogiques, largement valorisées lorsqu'elles sont bien traitées.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Description
Sujet officiel CAPES externe en physique-chimie, session 2017.
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Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 ?
Le sujet porte sur les semi-conducteurs et leur dopage, la jonction PN et l'effet photovoltaïque, la conversion continu-alternatif par un onduleur, et l'optimisation du positionnement d'un panneau solaire par la mécanique du point.
Quelle est la moyenne à l'épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 ?
La moyenne est de 8/20, avec un écart-type de 3.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées à cette épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 ?
Le jury relève des erreurs de signe et des confusions entre loi d'Ohm locale et intégrale, une interprétation erronée de la conduction dans les métaux, des courbes tracées hors de leur domaine de définition, et des démonstrations du champ électrique de la jonction PN mal établies aux limites.
Cette épreuve de composition du CAPES externe physique-chimie 2017 est-elle difficile ?
Oui, avec une moyenne de 8/20 et un écart-type de 3 ; plusieurs parties, notamment la dernière sur l'optimisation du positionnement du panneau, sont très rarement traitées dans leur totalité.
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