CCINP Physique 1 PC 2011Sujet, corrigé et rapport du jury
- Théorème de Gauss et électrostatique
- Entropie et énergie libre du gaz parfait
- Longueur de Debye-Hückel
- Polarisation de la lumière
- Moment cinétique et théorème du moment cinétique
Téléchargements
Présentation du sujet
Difficulté moyenneUn modèle d'écrantage électrostatique (Debye-Hückel) et le moment cinétique intrinsèque de la lumièreAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet comporte deux problèmes indépendants. Le premier, à cheval entre électrostatique et thermodynamique, construit un modèle d'écrantage d'une surface chargée par un électrolyte pour en déduire la longueur de Debye-Hückel. Le second étudie la polarisation des ondes électromagnétiques et le couple qu'exerce une lumière polarisée circulairement sur un milieu absorbant, jusqu'au moment cinétique porté par chaque photon.
- 1I.1 : champ électrique créé par la surface chargée d'un conducteurApplication du théorème de Gauss pour déterminer le champ créé par une surface métallique chargée.
- 2I.2 : écrantage par une densité volumique de charge uniformeSuperposition d'une charge surfacique et d'une charge volumique et condition d'électroneutralité.
- 3I.3 et I.4 : entropie et énergie libre d'un gaz parfaitVariation d'entropie d'un gaz parfait puis minimisation de l'énergie libre d'un système à deux compartiments.
- 4I.5 : longueur d'écran de Debye et HückelConstruction de l'énergie libre du système de charges et calcul numérique de la longueur d'écran.
- 5II.1 et II.2 : polarisation de la lumière et couple de polarisationPolarisations rectiligne et circulaire, puis couple volumique exercé par une onde sur un milieu absorbant.
- 6II.3 : couple exercé sur une billeMoment cinétique du photon et calcul numérique du couple exercé par un laser sur une bille absorbante.
Difficulté moyenne. Le rapport décrit un problème de longueur et de difficulté modérées, abordé dans son intégralité par la majeure partie des candidats grâce aux résultats intermédiaires donnés dans l'énoncé.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesThéorème de Gauss appliqué au mauvais point · Équations non homogènes vectoriellement · Étude du sens de variation de l'entropie redoutéeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe problème, de longueur et difficulté modérées, a été abordé dans son intégralité par la majeure partie des candidats, en partie grâce aux résultats intermédiaires donnés en cours d'énoncé. Les correcteurs notent une bonne qualité générale de présentation des copies, mais relèvent que certains candidats se sont servis de ces résultats intermédiaires pour donner une réponse exacte mais non justifiée, suscitant une méfiance légitime de la part des correcteurs.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Théorème de Gauss appliqué au mauvais pointI.1.1
Pour calculer le champ en un point M quelconque, il faut considérer les plans de symétrie passant par M et non se contenter de raisonner à l'origine du repère.
« Il ne suffit pas de raisonner au point 0, origine du repère »
- 2Équations non homogènes vectoriellementI.2
Les équations mêlant champs vectoriels et potentiels scalaires ne sont pas toujours homogènes du point de vue vectoriel.
« Les équations impliquant des champs et des potentiels scalaires ne sont pas toujours vectoriellement homogènes »
- 3Étude du sens de variation de l'entropie redoutéeI.4.4
L'étude du sens de variation de la fonction entropie a effrayé une fraction non négligeable des candidats.
« L'étude de la fonction S à la question I.4.4 a effrayé une fraction non négligeable de candidats »
- 4Confusions sur la polarisation rectiligneII.1.1
Plusieurs affirmations erronées reviennent sur la polarisation, notamment sur le rôle d'une fente fine ou l'existence d'une polarisation rectiligne gauche ou droite.
« qu'une fente fine ne polarise pas la lumière, qu'une polarisation rectiligne gauche ou droite n'existe pas »
- 5Argument du nombre complexe mal raccordéII.2.2
De nombreuses erreurs auraient pu être évitées en vérifiant que les différentes expressions de l'argument se raccordaient de façon cohérente aux bords des intervalles.
« beaucoup d'erreurs auraient pu être évitées en s'assurant que le raccordement des différentes expressions au bord de chaque intervalle était cohérent »
- 6Confusion entre moment résultant et moment de la résultanteII.3.1
Une erreur récurrente consiste à confondre la somme des moments des forces avec le moment de leur résultante, comme si toutes les forces s'appliquaient au même point.
« la somme des moments des forces n'est pas le moment de la somme des forces »
Ce qui a été bien réussi
- La partie I.3 sur l'entropie du gaz parfait a été bien réussie dans l'ensemble, sans doute grâce aux résultats donnés en préambule.
- La partie I.5 sur la longueur de Debye-Hückel a été relativement bien traitée, avec souvent les bonnes valeurs numériques.
- La question I.2.5 sur l'énergie électrostatique a été bien traitée.
Conseils du jury
- Bien identifier le point où l'on évalue le champ avant de choisir les plans de symétrie et la surface de Gauss.
- Vérifier systématiquement l'homogénéité vectorielle ou scalaire des équations manipulées.
- Pour un théorème connu comme celui du moment cinétique, donner une formulation littérale complète plutôt qu'une simple formule.
- S'assurer de la continuité de l'argument d'un nombre complexe sur tout le domaine étudié.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Ces sujets peuvent vous intéresser
Lecture du sujet en ligne
L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
Lecture du sujet en ligne
EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE PC
PHYSIQUE 1
Durée : 4 heures
Les calculatrices sont autorisées
Problème I
Un modèle d’écrantage
Données :
- permittivité diélectrique du vide :
ε_0 = 8, 85 × 10^(− 12) F.m^(− 1) ; - charge électrique élémentaire :
q = 1, 60 × 10^(− 19)C ; - constante des gaz parfaits :
R = 8, 31 J ⋅ mol^(− 1) ⋅ K^(− 1) ; - nombre d'Avogadro:
N_A = 6, 02 × 10^(23) mol^(− 1) ; - charge élémentaire molaire (Faraday) :
F = N_A q = 96500 C.mol^(− 1) .
.jpg)
I. 1 Champ électrique créé par la surface chargée d'un conducteur métallique
- I.1.1
Déterminer, par des arguments de symétrie, la direction du champ
À l'aide du théorème de Gauss, déterminer la valeur du champ
- I.1.2
I. 2 Écrantage par une densité volumique de charge uniforme
.jpg)
la tranche comprise entre les valeurs
- I.2.1
Par application du théorème de Gauss, déterminer la valeur du champ électrique
Montrer que
- I.2.2
Donner la relation, portant sur
Dans toute la suite du problème, on supposera la condition d'écrantage, ou d'électroneutralité, satisfaite.
- I.2.3
- I.2.4
- I.2.5
Afin de déterminer l'énergie électrostatique associée à la distribution de charge, représentée sur la figure I.2, on définit :
Déterminer
I. 3 Entropie d'un gaz parfait
- I.3.1
- I.3.2
Donner la variation d'entropie
- I.3.3
Donner l'expression de la variation d'entropie
I. 4 Entropie et énergie libre d'un gaz parfait inhomogène

Le volume de gauche contient
- I.4.1
- I.4.2
- I.4.3
- I.4.4
- I.4.5
la cloison qui rend l'énergie libre du système minimale, lorsque le système est maintenu à température constante
I. 5 Longueur d'écran de Debye et Hückel

- I.5.1
A quelle condition portant sur
- I.5.2
- I.5.3
L'épaisseur
- I.5.4
- I.5.5
Que devient l'expression numérique de la longueur d'écran lorsque l'on remplace la permittivité diélectrique du vide
Problème II Le moment cinétique intrinsèque de la lumière
- constante de Planck
ℏ = h/(2π) = 1, 05 × 10^(− 34) J.s ; - célérité de la lumière dans le vide
c = 3, 00 × 10^8 m.s^(− 1) .
II. 1 Polarisation de la lumière
- II.1.1
Combien de polarisations rectilignes distinctes une telle onde peut-elle présenter?
Comment obtenir expérimentalement une onde polarisée rectilignement?
- II.1.2
- II.1.3
Représenter la trajectoire temporelle de l'extrémité du vecteur
- II.1.4
II. 2 Couple de polarisation

- II.2.1
- II.2.2
Si, de plus, le milieu est absorbant, la constante diélectrique est complexe et possède une partie imaginaire
Exprimer le nombre complexe
- II.2.3
- II.2.4
En déduire qu'une lumière polarisée circulairement, traversant un milieu légèrement absorbant, exerce sur ce milieu un couple volumique de force dont on donnera l'expression en fonction de
Représenter, dans le plan
Si l'on considère une valeur de
Indication : on pourra, pour calculer la valeur moyenne temporelle de
II. 3 Couple exercé sur une bille
- II.3.1
- II.3.2
Calculer numériquement le couple exercé sur la bille par la lumière dans ces conditions.
Fin de l'énoncé
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte CCINP physique 1 PC 2011 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte CCINP physique 1 PC 2011 ?
Le premier problème porte sur l'électrostatique et la thermodynamique du gaz parfait (théorème de Gauss, entropie, longueur de Debye-Hückel), le second sur la polarisation de la lumière et le moment cinétique du photon.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur CCINP physique 1 PC 2011 ?
Une mauvaise application du théorème de Gauss en un point quelconque, des confusions sur la polarisation rectiligne, et une confusion entre la somme des moments des forces et le moment de leur résultante.
CCINP physique 1 PC 2011 est-il difficile ?
Le rapport le décrit comme de longueur et de difficulté modérées, abordé dans son intégralité par la majeure partie des candidats grâce aux résultats intermédiaires fournis.
Ce sujet est-il faisable en première année ?
Le rapport ne précise pas de niveau de programme particulier pour les différentes parties.
Pas de description pour le moment
