Mines Physique 2 MP 2011Sujet, corrigé et rapport du jury
- Électrocinétique et conduction électrique
- Effet Hall et forces de Lorentz
- Modèle de Drude et collisions
- Ondes électromagnétiques et magnétohydrodynamique
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Présentation du sujet
Difficulté moyenneConduction électrique : effet Hall dans un semi-conducteur et conduction dans un plasma à basse fréquenceAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet de physique 2 de la filière MP au concours Mines-Ponts 2011 étudie deux situations de conduction électrique en présence de champs magnétiques. La première partie porte sur la mesure de résistance et l'effet Hall dans un solide semi-conducteur, la seconde sur la conduction dans un plasma, jusqu'à l'étude des ondes magnétohydrodynamiques d'Alfvén.
- 1I.A. Mesure directe de la conductivitéDétermination de la résistance d'une plaque semi-conductrice à partir de mesures de différence de potentiel, avec application numérique.
- 2I.B. Effet HallÉtude du mouvement des porteurs de charge en présence d'un champ magnétique et détermination de la résistance transverse liée à l'effet Hall.
- 3II.A-B. Courant, vitesses et forces dans un plasmaModélisation à deux fluides (électrons et ions) d'un plasma et expression des forces exercées sur chaque espèce de particules.
- 4II.C. Modèle collisionnel pour le plasmaÉtude d'une collision entre un ion et un électron pour établir une expression de la force de frottement entre les deux fluides.
- 5II.D. Ondes magnétohydrodynamiques dans un plasmaÉtablissement de la loi d'Ohm généralisée puis étude de la propagation des ondes d'Alfvén dans un plasma très conducteur.
Difficulté moyenne. Le rapport signale des résultats hétérogènes selon les questions : certaines (Q1, Q6-7, Q18-19, Q22) sont bien réussies, d'autres (Q11, Q13, Q24-25) sont très rarement abordées ou mal traitées, pour un sujet jugé globalement de bonne tenue par le jury.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesOubli d'un facteur 2 · Confusion entre J indépendant de z et Jz nul · Approximation ARQP mal justifiéeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe jury relève encore trop de copies mal présentées, avec un français et une orthographe qui laissent à désirer, et des commentaires souvent trop longs sans réelle valeur ajoutée. Sur le plan scientifique, il regrette des résultats inhomogènes et des réponses intuitives plutôt que rigoureuses, tout en se disant globalement satisfait de la tenue de l'épreuve et des candidats ayant correctement travaillé leur cours.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Oubli d'un facteur 2Q3
L'erreur la plus commune à la question 3 est d'oublier un facteur 2 en ne prenant en compte qu'un seul fil au lieu de deux.
« L’erreur la plus commune est l’oubli d’un facteur « 2 » due à la prise en compte d’un fil au lieu de 2. »
- 2Confusion entre J indépendant de z et Jz nulQ9
De nombreux candidats confondent le fait que J soit indépendant de z avec l'annulation de sa composante selon z.
« Beaucoup de confusions entre J indépendant de z et Jz=0. »
- 3Approximation ARQP mal justifiéeQ13
Cette question classique, directement liée au cours, est mal traitée : les réponses correctes justifiant l'approximation des régimes quasi permanents sont peu nombreuses.
« L’ARQP est mal justifiée. »
- 4Vocabulaire inapproprié pour la vitesse du centre de masseQ15
La question 15 donne lieu à de nombreuses confusions et expressions inappropriées pour désigner la vitesse d'ensemble du plasma.
« Citons « barycentre des vitesses ; vitesse du mobile réduit ; vitesse du centre de masses fictif ! »
- 5Confusion entre force et force volumiqueQ16
Aux questions 16 et 17, de nombreuses copies confondent force et force volumique et commettent une erreur de signe sur la force volumique subie par un ion.
« Confusions entre force et force volumique. Erreur de signe sur la force volumique subie par un ion. »
- 6Homogénéité de la vitesse d'Alfvén rarement vérifiéeQ24
L'énoncé demandait explicitement de vérifier l'homogénéité de la vitesse d'Alfvén c_A, ce qui a été rarement fait correctement.
« l’énoncé demandait de vérifier l’homogénéité de c A. Ce fut rarement fait correctement. »
Ce qui a été bien réussi
- Les réponses à la question 1, sur la mesure directe de résistance, sont très souvent correctes.
- Les réponses aux questions 6 et 7, sur la loi d'Ohm et son extension en présence de champ magnétique, sont bonnes en général.
- Les questions 18 et 19 ont donné lieu à beaucoup de bonnes réponses correctes, même si les justifications laissent parfois à désirer.
- Le calcul en notation complexe de la question 22 est très correctement fait en général.
Conseils du jury
- Toute équation littérale doit être homogène : vérifier systématiquement l'homogénéité des résultats.
- Toute application numérique doit être suivie de la bonne unité et comporter un nombre de chiffres significatifs cohérent avec les données.
- Un commentaire doit apporter une valeur ajoutée réelle, et non se limiter à une paraphrase du résultat.
- Encadrer les résultats et faire apparaître clairement les numéros des questions traitées.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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SECONDE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Filière MP
(Durée de l'épreuve:
3 heures)
L'usage de la calculatrice est autorisé
Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie :
PHYSIQUE II - MP.
L'énoncé de cette épreuve comporte 5 pages.
- Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il est invité à le signaler sur sa copie et à poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il aura été amené à prendre.
- Il ne faudra pas hésiter à formuler les commentaires (incluant des considérations numériques) qui vous sembleront pertinents, même lorsque l'énoncé ne le demande pas explicitement. Le barème tiendra compte de ces initiatives ainsi que des qualités de rédaction de la copie.
À PROPOS DE CONDUCTION ÉLECTRIQUE
I. - Conduction dans un solide semi-conducteur
I.A. - Mesure directe de la conductivité
.jpg)
-4—Application numérique: l'épaisseur de la plaque de semi-conducteur est

I.B. - Effet Hall
- 6 - En l'absence de tout champ magnétique, écrire l'équation du mouvement d'un porteur de charge associé au courant
j . Montrer alors qu'en régime permanent, il existe une relation linéaire entrej etE . Comment s'appelle le coefficient de proportionnalité ?
◻7 - En présence du champ magnétique B que devient l'équation du mouvement? Par analogie avec la question précédente déterminer, en régime permanent, la relation entrej, E etB mettant en jeu la conductivitéγ et la constante de Hallℛ .
On cherche à montrer que la présence du champ magnétiqueB ne modifie pas, compte tenu des conditions aux limites, l'allure des lignes de courant et en particulier que la plaque reste localement neutre, c'est-à-dire que la densité volumique de chargeρ est partout nulle.
◻8 - Déterminer en régime permanent la valeur dedivj .
◻9 - Déterminer, toujours en régime permanent, l'expression derot(j ∧ B) .
◻10 - En utilisant les résultats des questions 7, 8 et 9 ainsi que deux équations de Maxwell montrer qu'en régime permanent la plaque reste en tout point localement neutre.

FIN DE LA PARTIE I
II. - Conduction dans un plasma à basse fréquence
II.A. - Courant électrique dans le plasma
II.B. - Vitesses, courant et forces
II.C. - Modèle collisionnel pour le plasma

- 21 - Pour les mouvements à suffisamment basse fréquence, on peut négliger l'accélération des électrons dans le plasma. Déduire des questions 16 et 20 la forme généralisée de la loi d'Ohm dans un tel plasma,
II.D. - Ondes magnétohydrodynamiques dans un plasma
Le plasma étudié ici sera considéré comme très bon conducteur (
- 24 - En écrivant l'équation de Maxwell-Faraday montrer que les ondes étudiées se propagent sans dispersion à la célérité
c_A (vitesse d'Alfvén) que l'on exprimera en fonction deB_0, μ_0 et de la masse volumiqueρ_m du plasma. Vérifier l'homogénéité de la relation donnantc_A .
◻25 - Le plasma étudié est du mercure liquide (ρ_m = 1, 4 × 10^4 kg ⋅ m^(− 3) ) dans un champ magnétiqueB_0 = 0, 5 T . On rappelle queμ_0 = 4π × 10^(− 7)H ⋅ m^(− 1) ; calculerc_A ; commenter.
FIN DE LA PARTIE II
FIN DE L'ÉPREUVE
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique 2 MP Mines-Ponts 2011 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique 2 MP Mines-Ponts 2011 ?
Le sujet porte sur la conduction électrique : effet Hall et mesure de résistance dans un semi-conducteur en première partie, puis conduction et ondes magnétohydrodynamiques dans un plasma en seconde partie.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées à ce sujet de physique 2 MP 2011 ?
Le jury relève un oubli fréquent de facteur 2 dans un calcul de résistance, une confusion entre J indépendant de z et Jz nul, une justification insuffisante de l'ARQP et une vérification d'homogénéité souvent omise pour la vitesse d'Alfvén.
Ce sujet de physique 2 MP 2011 est-il difficile ?
Le niveau est hétérogène selon le rapport : plusieurs questions de la première partie sont bien réussies, tandis que des questions de la seconde partie, notamment sur le modèle collisionnel et les ondes d'Alfvén, sont peu abordées ou mal traitées.
Le sujet de physique 2 MP 2011 nécessite-t-il des connaissances sur les plasmas ?
Oui, la seconde partie du sujet étudie la conduction dans un plasma à basse fréquence et aboutit à l'étude des ondes magnétohydrodynamiques d'Alfvén, à partir d'un modèle à deux fluides d'électrons et d'ions.
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