Mines Physique 2 PC 2008Sujet, corrigé et rapport du jury
- Magnétostatique
- Symétries et invariances des champs
- Électrostatique
- Mouvement de particules chargées dans un champ électromagnétique
- Circuits électrocinétiques RC
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Présentation du sujet
Dispositifs magnétiques : création de champs magnétiques, expérience de Stern et Gerlach, identification de particulesAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le problème comporte trois parties indépendantes sur le thème des dispositifs magnétiques, pouvant être abordées dans l'ordre choisi par le candidat. Il ne fait appel qu'aux connaissances de première année, en magnétostatique, électrostatique, électrocinétique et mouvement de particules chargées dans les champs électromagnétiques.
- 1Création de champs magnétiques ayant des propriétés particulièrespremière annéeÉtude du champ créé par un solénoïde et par des bobines d'Helmholtz, avec les questions de symétrie et d'invariance associées.
- 2L'expérience de Stern et Gerlachpremière annéeTrajectoire parabolique puis rectiligne d'une particule dans un champ de force, aboutissant à la quantification observée sur l'écran.
- 3Identification de particules dans une chambre à projection temporellepremière annéeMouvement d'une particule chargée sous champ électrique, calcul de la vitesse limite et étude d'un circuit RC.
Ce qu'a observé le jury
5 erreurs relevéesJustification insuffisante de la nullité du champ à l'extérieur du solénoïde · Confusion entre invariance et symétrie · Confusion entre puissance et puissance volumiqueAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
5 erreurs relevéesL'épreuve s'est révélée assez discriminante envers les candidats ayant manifestement choisi de faire des impasses lors de leurs révisions, bien que la longueur du sujet ait été bien adaptée et que de nombreuses copies aient abordé l'ensemble du problème.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Justification insuffisante de la nullité du champ à l'extérieur du solénoïdeQ1
Il ne faut pas supposer le champ magnétique nul à l'extérieur du solénoïde infini en se contentant de se placer à l'infini ; un plan de symétrie des courants perpendiculaire à l'axe est nécessaire.
- 2Confusion entre invariance et symétrieQ6
Certains candidats confondent l'invariance, qui précise la dépendance du champ, et la symétrie, qui en donne la direction.
- 3Confusion entre puissance et puissance volumiqueQ10
Des confusions apparaissent entre puissance et puissance volumique dissipée par effet Joule, et entre les dimensions du fil et celles du solénoïde.
- 4Trajectoire supposée parabolique sur tout le parcoursQ17
Beaucoup de candidats considèrent que le champ magnétique règne sur toute la trajectoire, sans distinguer la partie parabolique de la partie rectiligne.
- 5Question la plus difficile de l'épreuveQ7
La question 7 est signalée par le jury comme sans conteste la question la plus difficile de l'épreuve.
« Il s'agissait sans conteste de la question la plus difficile de l'épreuve »
Ce qui a été bien réussi
- La question 6, dont le résultat était donné, a été bien traitée dans l'ensemble.
- La question 12 a été généralement bien traitée grâce au développement limité donné par l'énoncé.
- La question 16 sur la trajectoire parabolique a souvent été traitée correctement.
- Le lien entre champ électrique et différence de potentiel à la question 20 est souvent bien écrit.
Conseils du jury
- Vérifier systématiquement l'homogénéité et la cohérence littérale ou numérique des résultats proposés.
- Accompagner les applications numériques de leur unité, le jury y attachant une grande importance dans son barème.
- Ne pas éviter les applications numériques simples, qui rapportent des points facilement acquis.
- Vérifier les ordres de grandeur obtenus : un résultat aberrant doit pousser à revérifier les calculs précédents.
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 PC
(Durée de l'épreuve:
L'usage de la calculatrice est autorisé
Sujet mis à disposition des concours : ENSAE (Statistique), ENSTIM, INT, TPE-EIVP, Cycle international
PHYSIQUE II - PC.
L'énoncé de cette épreuve comporte 7 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. La barème tiendra compte de ces initiatives ainsi que des qualités de rédaction de la copie.
DISPOSITIFS MAGNÉTIQUES
Données :
Constantes électromagnétiques du vide :
Dans le système de coordonnées cylindriques (
I. - Création de champs magnétiques ayant des propriétés particulières
I.A. - Champ uniforme : solénoïdes et bobines de Helmholtz
On considère une spire circulaire

- 5 - Déterminer l'amplitude de l'intervalle centré sur l'origine sur lequel la fonction
g~(u) ne varie pas de plus de2% en erreur relative. - 6 - En considérant les symétries de la configuration montrer que
B_(hr) = B_(hr)(r, z), B_(hz) = B_(hz)(r, z) etB_(hθ) = 0 . - 7 - On cherche une expression de
B_h^(→−) au voisinage de l'axeOz . Un développement limité permet dans ce voisinage, d'obtenir

- 9 - Pour l'utilisation des bobines de Helmholtz, on souhaite que le champ magnétique ne varie pas de plus de
2% le long de l'axeOz sur toute la hauteurH . Déterminer le rayon des spires à utiliser puis calculer le nombreN de spires pour chaque bobine. En déduire la longueur totale de fil conducteur que l'on doit utiliser.
I.B. - Champ linéaire : bobines de Mholtzhel
- 11 - En utilisant toujours la variable réduite
u =
.jpg)
- 12 - On donne maintenant la relation
13-Déterminer l'amplitude de l'intervalle contenu dans
14- On souhaite réaliser un champ linéaire de pente
FIN DE LA PARTIE I
II. - L'expérience de Stern et Gerlach

16 - Après avoir exprimé cette force, établir, en fonction de
- 19 - On choisit
E_(co) = 1, 6 ⋅ 10^(− 20) J, a = 10 T.m^(− 1), ℓ = 10 cm etD = 10 m et on observez = ± 3 mm . Calculer la composanteℳ_z du moment magnétique des atomes de lithium.
FIN DE LA PARTIE II
III. - Identification de particules dans une chambre à projection temporelle

Le mouvement d'un électron d'ionisation dans la chambre de dérive et les signaux électriques qu'il produit dans la chambre à fils permettent de déterminer les coordonnées du point où l'ionisation a eu lieu. On peut ainsi obtenir toutes les informations cinématiques sur les particules filles et déterminer leurs natures. Dans toute cette étude on utilisera la mécanique classique non relativiste et le poids des particules sera négligé.
III.A. - Mouvement d'un électron d'ionisation dans la chambre de dérive
III.B. - Etude des chambres proportionnelle et à fils
- 24 - Sachant que l'énergie molaire de première ionisation de l'argon vaut
E_i = 1520 kJ.mol^(− 1) , et en admettant que seulement50% de l'énergie fournie par la différence de potentielU^′ ne permette d'ioniser les atomes d'argon, quel est le nombre d'ionisations produites par un électron de dérive ?
Les électrons «produits» par ces ionisations, appelés électrons secondaires, provoquent eux aussi de nouvelles ionisations : il se produit une avalanche qui permet d'obtenir environ10^5 électrons pour un électron de dérive. La détection du signal est effectuée dans la chambre à fils. L'avalanche d'électrons arrive sur un fil métallique qui va influencer un autre fil métallique parallèle au précédent. Cette charge permet de générer un signal électrique. On considère que chaque fil est un cylindre conducteur de rayona et de longueurh≫a .
- 26 - On considère à présent deux fils identiques


28 - Comment doit-on choisir
FIN DE LA PARTIE III
FIN DE L'ÉPREUVE
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte mines physique 2 PC 2008 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte mines physique 2 PC 2008 ?
Le sujet porte sur la magnétostatique et les symétries des champs, l'expérience de Stern et Gerlach et le mouvement de particules chargées, avec un circuit RC pour l'identification de particules.
Ce sujet mines physique 2 PC 2008 utilise-t-il le programme de deuxième année ?
Non, le rapport précise que cette épreuve ne fait appel qu'aux connaissances acquises en première année.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur mines physique 2 PC 2008 ?
Des justifications insuffisantes sur la nullité du champ à l'extérieur du solénoïde, des confusions entre invariance et symétrie, entre puissance et puissance volumique, et une trajectoire supposée parabolique sur tout le parcours dans l'expérience de Stern et Gerlach.
Quelle est la question la plus difficile de mines physique 2 PC 2008 ?
D'après le rapport, la question 7 était sans conteste la question la plus difficile de l'épreuve.
Pas de description pour le moment
