% programmes-cpge-mp.tex — programme de physique-chimie de la classe de MP % Texte officiel de 2021 (voie Mathématiques et physique), publié par le ministère de % l’Enseignement supérieur. Fichier de données du paquet programmes-cpge. % Format : voir la documentation, « Ajouter un programme ». \cpgefiliere{MP}{ discipline = {Physique-chimie}, classe = {MP}, voie = {Mathématiques et physique}, annee = {2021}, } \cpgerubrique{MP/1}{ parent = {MP}, numero = {1}, niveau = {1}, titre = {Mécanique}, chapeau = { \cpgeitem{Le programme de mécanique de MP vise à compléter les acquis de mécanique du cours de MPSI. Il est structuré en deux sous-parties : la première est consacrée aux changements de référentiels, la seconde aux conséquences mécaniques des actions de frottements entre solides.}}, } \cpgerubrique{MP/1/1}{ parent = {MP/1}, numero = {1.1}, niveau = {2}, titre = {Référentiels non galiléens}, chapeau = { \cpgeitem{La partie intitulée \cpgecettepartie est organisée autour de deux situations : la translation et la rotation uniforme autour d’un axe fixe. L’accent est mis sur la compréhension qualitative des effets observés, l’évaluation des ordres de grandeurs et les conséquences expérimentales.}}, } \cpgeligne{MP/1/1/1}{ parent = {MP/1/1}, numero = {1.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Mouvement d’un référentiel par rapport à un autre dans les cas du mouvement de translation et du mouvement de rotation uniforme autour d’un axe fixe.}}, capacites = { \cpgeitem{Reconnaître et caractériser un mouvement de translation et un mouvement de rotation uniforme autour d’un axe fixe d’un référentiel par rapport à un autre.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/1/1/2}{ parent = {MP/1/1}, numero = {1.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Vecteur rotation d'un référentiel par rapport à un autre.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer le vecteur rotation d'un référentiel par rapport à un autre.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/1/1/3}{ parent = {MP/1/1}, numero = {1.1.3}, contenu = { \cpgeitem{Composition des vitesses et des accélérations dans le cas d’une translation, et dans le cas d’une rotation uniforme autour d’un axe fixe : vitesse d’entraînement, accélérations d’entraînement et de Coriolis.}}, capacites = { \cpgeitem{Relier les dérivées d'un vecteur dans des référentiels différents par la relation de la dérivation composée.} \cpgeitem{Citer et utiliser les expressions de la vitesse d’entraînement et des accélérations d’entraînement et de Coriolis.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/1/1/4}{ parent = {MP/1/1}, numero = {1.1.4}, contenu = { \cpgeitem{Dynamique du point en référentiel non galiléen dans le cas où le référentiel entraîné est en translation, ou en rotation uniforme autour d’un axe fixe par rapport à un référentiel galiléen. Forces d’inertie.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer les forces d'inerties, dans les seuls cas où le référentiel entraîné est en translation, ou en rotation uniforme autour d’un axe fixe par rapport à un référentiel galiléen.} \cpgeitem{Décrire et interpréter les effets des forces d’inertie dans des cas concrets : sens de la force d’inertie d’entraînement dans un mouvement de translation ; caractère centrifuge de la force d'inertie d’entraînement dans le cas où le référentiel est en rotation uniforme autour d’un axe fixe par rapport à un référentiel galiléen.} \cpgeitem{Utiliser les lois de la dynamique en référentiel non galiléen dans les seuls cas où le référentiel entraîné est en translation, ou en rotation uniforme autour d’un axe fixe par rapport à un référentiel galiléen.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/1/1/5}{ parent = {MP/1/1}, numero = {1.1.5}, contenu = { \cpgeitem{Caractère galiléen approché d’un référentiel. Exemple du référentiel de Copernic, du référentiel géocentrique et du référentiel terrestre.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer quelques manifestations du caractère non galiléen du référentiel terrestre.} \cpgeitem{Estimer, en ordre de grandeur, la contribution de la force d’inertie de Coriolis dans un problème de dynamique terrestre.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/1/2}{ parent = {MP/1}, numero = {1.2}, niveau = {2}, titre = {Lois du frottement solide}, chapeau = { \cpgeitem{La partie \cpgecettepartie, est limitée au seul cas de la translation ; elle permet de mettre en œuvre un mode de raisonnement spécifique et particulièrement formateur, sans pour autant omettre les conséquences expérimentales.}}, } \cpgeligne{MP/1/2/1}{ parent = {MP/1/2}, numero = {1.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Contact entre deux solides. Aspects microscopiques.} \cpgeitem{Lois de Coulomb du frottement de glissement dans le seul cas d’un solide en translation.} \cpgeitem{Aspect énergétique.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser les lois de Coulomb dans les trois situations : équilibre, mise en mouvement, freinage.} \cpgeitem{Formuler une hypothèse (quant au glissement ou non) et la valider.} \cpgeitem{Effectuer un bilan énergétique.}}, experimentales = { \cpgeitem{Effectuer une mesure d’un coefficient de frottement.}}, numeriques = { \cpgeitem{à l’aide d’un langage de programmation, simuler une situation mécanique dans laquelle intervient au moins un changement de mode de glissement}}, } \cpgerubrique{MP/2}{ parent = {MP}, numero = {2}, niveau = {1}, titre = {Éléments de traitement du signal}, chapeau = { \cpgeitem{Ce thème du programme, décomposé en deux parties, complète l’étude des circuits électriques linéaires menée dans la partie « Ondes et signaux » du programme de MPSI. La composante expérimentale est forte et les capacités exigibles ont vocation à être principalement développées au cours de séances de travaux pratiques.}}, } \cpgerubrique{MP/2/1}{ parent = {MP/2}, numero = {2.1}, niveau = {2}, titre = {Signaux périodiques}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la première partie intitulée \cpgecettepartie, l’accent est mis sur l’action d’un filtre linéaire sur un signal périodique, l’objectif étant de comprendre le rôle central de la linéarité des systèmes pour interpréter ou prévoir la forme du signal résultant d’un filtrage.}}, } \cpgeligne{MP/2/1/1}{ parent = {MP/2/1}, numero = {2.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Signaux périodiques.}}, capacites = { \cpgeitem{Commenter le spectre d'un signal périodique : relier la décomposition spectrale et l’allure du signal dans le domaine temporel.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/2/1/2}{ parent = {MP/2/1}, numero = {2.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Action d’un filtre linéaire du premier ou du second ordre sur un signal périodique.}}, capacites = { \cpgeitem{Prévoir l’effet d’un filtrage linéaire sur la composition spectrale d’un signal périodique. Expliciter les conditions pour obtenir un comportement intégrateur ou dérivateur.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre un dispositif expérimental illustrant l’action d’un filtre sur un signal périodique.\cpgerenvoi{MP/E/2/2}}}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/2/2}{ parent = {MP/2}, numero = {2.2}, niveau = {2}, titre = {Électronique numérique}, chapeau = { \cpgeitem{La seconde partie intitulée \cpgecettepartie est à vocation uniquement expérimentale ; elle constitue une initiation au traitement numérique des signaux à travers les points suivants : l’échantillonnage et le repliement de spectre, la conversion analogique/numérique et le filtrage numérique. Le phénomène de repliement de spectre est présenté qualitativement au moyen d’illustrations démonstratives, l’objectif étant de mettre en place la condition de Nyquist-Shannon afin de réaliser convenablement une acquisition numérique.}}, } \cpgeligne{MP/2/2/1}{ parent = {MP/2/2}, numero = {2.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Échantillonnage, fréquence d’échantillonnage. Conséquences expérimentales du théorème de Nyquist- Shannon.}}, capacites = {}, experimentales = { \cpgeitem{Réaliser l'échantillonnage d'un signal.} \cpgeitem{Choisir la fréquence d’échantillonnage afin de respecter la condition de Nyquist-Shannon.\cpgerenvoi{MP/E/2/1}} \cpgeitem{Commenter la structure du spectre du signal obtenu après échantillonnage.} \cpgeitem{Mettre en évidence le phénomène de repliement de spectre au moyen d'un} \cpgeitem{oscilloscope numérique ou d'un logiciel de calcul numérique.\cpgerenvoi{MP/E/2/1}}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/2/2/2}{ parent = {MP/2/2}, numero = {2.2.2}, contenu = { \cpgeitem{Filtrage numérique.}}, capacites = {}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre un convertisseur analogique/numérique et un traitement numérique afin de réaliser un filtre passe- bas ; utiliser un convertisseur} \cpgeitem{numérique/analogique pour restituer un signal analogique.\cpgerenvoi{E.2.4}}}, numeriques = { \cpgeitem{à l’aide d’un langage de programmation, simuler un filtrage numérique et visualiser son action sur un signal périodique.}}, } \cpgerubrique{MP/3}{ parent = {MP}, numero = {3}, niveau = {1}, titre = {Optique}, chapeau = { \cpgeitem{Le programme d’optique de la filière MP s’inscrit dans le prolongement du thème « Ondes et signaux » du programme de MPSI. Il s’agit pour les étudiants d'approfondir l'étude des phénomènes d'interférences lumineuses, dans le cadre du modèle ondulatoire de la lumière. L’approche reste centrée sur l’expérience, mais la modélisation doit permettre d’analyser de façon raisonnée les conditions optimales d’observation d’interférences lumineuses, et leur exploitation quantitative. L'enseignant ne manquera pas de rappeler que ces phénomènes, étudiés ici dans le cadre de l'optique, sont généralisables à tout comportement ondulatoire.}}, } \cpgerubrique{MP/3/1}{ parent = {MP/3}, numero = {3.1}, niveau = {2}, titre = {Modèle scalaire des ondes lumineuses}, chapeau = { \cpgeitem{La partie \cpgecettepartie introduit les outils nécessaires pour décrire les phénomènes d’interférences. Le programme utilise le mot « intensité » pour décrire la grandeur détectée mais on peut utiliser indifféremment les mots « intensité » ou « éclairement » sans chercher à les distinguer à ce niveau. L’intensité lumineuse est introduite comme une puissance par unité de surface. Le théorème de Malus (orthogonalité des rayons de lumière et des surfaces d’ondes) est admis.}}, } \cpgeligne{MP/3/1/1}{ parent = {MP/3/1}, numero = {3.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Modèle de propagation dans l’approximation de l’optique géométrique.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser une grandeur scalaire pour décrire un signal lumineux.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/1/2}{ parent = {MP/3/1}, numero = {3.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Chemin optique. Déphasage dû à la propagation. Surfaces d’ondes. Théorème de Malus (admis).} \cpgeitem{Onde plane, onde sphérique ; effet d’une lentille mince dans l’approximation de Gauss.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer le retard de phase en un point (par rapport à un autre) en fonction de la durée de propagation ou du chemin optique.} \cpgeitem{Associer une description de la formation des images en termes de rayon lumineux et en termes de surfaces d’onde.} \cpgeitem{Utiliser la propriété énonçant que le chemin optique séparant deux points conjugués est indépendant du rayon lumineux choisi.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/1/3}{ parent = {MP/3/1}, numero = {3.1.3}, contenu = { \cpgeitem{Modèle d’émission. Relation (admise) entre le temps de cohérence et la largeur spectrale.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer l'ordre de grandeur du temps de cohérence $\Delta t$ de quelques radiations visibles.} \cpgeitem{Utiliser la relation $\Delta f.\Delta t\sim1$ pour relier le temps de cohérence à la largeur spectrale $\Delta\lambda$ de la radiation.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/1/4}{ parent = {MP/3/1}, numero = {3.1.4}, contenu = { \cpgeitem{Récepteurs. Intensité de la lumière.}}, capacites = { \cpgeitem{Relier l’intensité à la moyenne temporelle du carré de la grandeur scalaire de l’optique.} \cpgeitem{Citer l’ordre de grandeur du temps de réponse de quelques récepteurs de lumière.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre des expériences utilisant un capteur photographique numérique.}}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/3/2}{ parent = {MP/3}, numero = {3.2}, niveau = {2}, titre = {Superposition d’ondes lumineuses}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie, la formule de Fresnel, admise en classe de première année, est démontrée. L’étude de la superposition de N ondes cohérentes ne doit pas donner lieu à des développements calculatoires.}}, } \cpgeligne{MP/3/2/1}{ parent = {MP/3/2}, numero = {3.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Superposition de deux ondes incohérentes entre elles.}}, capacites = { \cpgeitem{Justifier et utiliser l’additivité des intensités.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/2/2}{ parent = {MP/3/2}, numero = {3.2.2}, contenu = { \cpgeitem{Superposition de deux ondes monochromatiques cohérentes entre elles : formule de Fresnel. Facteur de contraste.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer les principales conditions pour que le phénomène d'interférences apparaisse (ondes quasi synchrones, déphasage constant dans le temps ou très lentement variable).} \cpgeitem{Établir et utiliser la formule de Fresnel. Associer un bon contraste à des ondes d’intensités voisines.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/2/3}{ parent = {MP/3/2}, numero = {3.2.3}, contenu = { \cpgeitem{Superposition de N ondes monochromatiques cohérentes entre elles, de même amplitude et dont les phases sont en progression arithmétique.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir la relation fondamentale des réseaux liant la condition d'interférences constructives à l’expression de la différence de marche entre deux ondes issues de motifs consécutifs.} \cpgeitem{Établir, par le calcul, la demi-largeur $2\pi/N$ des pics principaux de la courbe d’intensité en fonction du déphasage.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre un dispositif expérimental utilisant un phénomène d’interférences à N ondes.\cpgerenvoi{MP/E/2/6}}}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/3/3}{ parent = {MP/3}, numero = {3.3}, niveau = {2}, titre = {Exemple de dispositif interférentiel par division du front d’onde : trous d’Young}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie, les trous d’Young permettent de confronter théorie et expérience. Les fentes d’Young peuvent être abordées mais de manière exclusivement expérimentale. Aucune connaissance sur un autre diviseur du front d’onde n’est exigible.}}, } \cpgeligne{MP/3/3/1}{ parent = {MP/3/3}, numero = {3.3.1}, contenu = { \cpgeitem{Trous d’Young ponctuels dans un milieu non dispersif : source ponctuelle à distance finie et observation à grande distance. Champ} \cpgeitem{d'interférences. Ordre d’interférences.}}, capacites = { \cpgeitem{Définir, exprimer et utiliser l’interfrange et l’ordre d’interférences.} \cpgeitem{Justifier que les franges ne sont pas localisées.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/3/2}{ parent = {MP/3/3}, numero = {3.3.2}, contenu = { \cpgeitem{Variations de l’ordre d’interférences avec la position du point d’observation ; franges d’interférences.}}, capacites = { \cpgeitem{Interpréter la forme des franges observées.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/3/3}{ parent = {MP/3/3}, numero = {3.3.3}, contenu = { \cpgeitem{Variations de l’ordre d’interférences avec la position d’un point source.} \cpgeitem{Perte de contraste par élargissement angulaire de la source.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser un critère de brouillage des franges portant sur l’ordre d’interférence.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/3/4}{ parent = {MP/3/3}, numero = {3.3.4}, contenu = { \cpgeitem{Variations de l’ordre d’interférence avec la longueur d’onde.} \cpgeitem{Perte de contraste par élargissement spectral de la source.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser un critère de brouillage des franges portant sur l’ordre d’interférence.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/3/4}{ parent = {MP/3}, numero = {3.4}, niveau = {2}, titre = {Exemple de dispositif interférentiel par division d’amplitude : interféromètre de Michelson éclairé par une source spatialement étendue}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie, l’étude de l’interféromètre de Michelson en lame d’air permet de confronter théorie et expérience. L’étude de l’interféromètre de Michelson en coin d’air est abordée de manière exclusivement expérimentale. Pour la modélisation d’un interféromètre de Michelson, on suppose la séparatrice infiniment mince.}}, } \cpgeligne{MP/3/4/1}{ parent = {MP/3/4}, numero = {3.4.1}, contenu = { \cpgeitem{Interféromètre de Michelson éclairé par une source spatialement étendue. Localisation (admise) des franges.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer les conditions d’éclairage et d’observation en lame d’air et en coin d’air.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/4/2}{ parent = {MP/3/4}, numero = {3.4.2}, contenu = { \cpgeitem{Lame d’air : franges d’égale inclinaison.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir et utiliser l’expression de la différence de marche en fonction de l’épaisseur de la lame d’air équivalente et de l’angle d’incidence des rayons.}}, experimentales = { \cpgeitem{Régler un interféromètre de Michelson pour une observation en lame d’air avec une source étendue à l’aide d’un protocole proposé.\cpgerenvoi{MP/E/2/8}} \cpgeitem{Mettre en œuvre un protocole pour accéder au profil spectral d’une raie ou d'un doublet à l’aide d’un interféromètre de Michelson.\cpgerenvoi{MP/E/2/8}}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/3/4/3}{ parent = {MP/3/4}, numero = {3.4.3}, contenu = { \cpgeitem{Coin d’air : franges d’égale épaisseur.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser l’expression admise de la différence de marche en fonction de l’épaisseur.}}, experimentales = { \cpgeitem{Caractériser la géométrie d’un objet ou l’indice d’un milieu à l’aide d’un interféromètre de Michelson.} \cpgeitem{Interpréter qualitativement les observations en lumière blanche.}}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/4}{ parent = {MP}, numero = {4}, niveau = {1}, titre = {Électromagnétisme}, chapeau = { \cpgeitem{Le programme d’électromagnétisme de la classe de MP s’inscrit dans le prolongement du thème « Ondes et signaux » du programme de MPSI. Il s’agit pour les étudiants de découvrir les lois locales et intégrales qui gouvernent les champs électrique et magnétique et les phénomènes que ces lois permettent de modéliser, notamment dans le domaine des ondes électromagnétiques.} \cpgeitem{L’étude des champs électrostatique et magnétostatique est présentée en deux parties distinctes ; l'enseignant est libre, s’il le souhaite, de procéder à une présentation unifiée de la notion de champ statique. Pour les calculs de champs, l’accent est mis sur les situations à haut degré de symétrie qui permettent l’utilisation efficace des propriétés de flux ou de circulation. Les équations locales des champs statiques sont introduites comme cas particuliers des équations de Maxwell.} \cpgeitem{La loi de Biot et Savart, les notions de potentiel vecteur et d’angle solide ne relèvent pas du programme.} \cpgeitem{Les relations de passage relatives au champ électromagnétique peuvent être exploitées mais doivent être systématiquement rappelées.}}, } \cpgerubrique{MP/4/1}{ parent = {MP/4}, numero = {4.1}, niveau = {2}, titre = {Électrostatique}, chapeau = { \cpgeitem{La partie \cpgecettepartie constitue un approfondissement des lois quantitatives qui régissent le champ électrostatique. Les notions abordées sont donc centrées sur l’essentiel : distributions de charges, champ et potentiel. Pour le champ électrostatique et le potentiel, on se limite aux expressions dans le cas de charges ponctuelles.} \cpgeitem{L’accent est mis sur les propriétés intégrales du champ et sur le théorème de Gauss pour des situations présentant un haut degré de symétrie ; ce dernier est admis.} \cpgeitem{Des capacités sur la lecture des lignes de champ et des surfaces équipotentielles sont développées.} \cpgeitem{Le condensateur plan est introduit mais l’étude des conducteurs en équilibre électrostatique ne relève pas du programme.} \cpgeitem{Une approche énergétique est conduite dans un cas simple : une charge ponctuelle placée dans un champ électrostatique extérieur.} \cpgeitem{Le dipôle est traité, l’accent est mis sur les effets qualitatifs.} \cpgeitem{Les analogies avec la gravitation sont centrées sur l’application du théorème de Gauss.}}, } \cpgeligne{MP/4/1/1}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Loi de Coulomb. Champ électrostatique. Champ électrostatique créé par un ensemble de charges ponctuelles. Principe de superposition.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer le champ électrostatique créé par une distribution discrète de charges.} \cpgeitem{Citer quelques ordres de grandeur de valeurs de champs électrostatiques.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/2}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Distributions continues de charges : volumique, surfacique, linéique.}}, capacites = { \cpgeitem{Choisir un type de distribution continue adaptée à la situation modélisée.} \cpgeitem{Relier les densités de charges de deux types de distributions modélisant une même situation.} \cpgeitem{Déterminer la charge totale d'une distribution continue dans des situations simples.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/3}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.3}, contenu = { \cpgeitem{Symétries et invariances du champ électrostatique.}}, capacites = { \cpgeitem{Identifier les plans de symétrie et d'antisymétrie d'une distribution de charges.} \cpgeitem{Identifier les invariances d'une distribution de charges.} \cpgeitem{Exploiter les symétries et les invariances d'une distribution de charges pour caractériser le champ électrostatique créé.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/4}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.4}, contenu = { \cpgeitem{Circulation du champ électrostatique.} \cpgeitem{Potentiel électrostatique.} \cpgeitem{Opérateur gradient.}}, capacites = { \cpgeitem{Relier le champ électrostatique au potentiel. Exprimer le potentiel créé par une distribution discrète de charges.} \cpgeitem{Citer l'expression de l'opérateur gradient en coordonnées cartésiennes.} \cpgeitem{Déterminer un champ électrostatique à partir du potentiel, l'expression de l'opérateur gradient étant fournie dans le cas des coordonnées sphériques et cylindriques.} \cpgeitem{Déterminer une différence de potentiel par circulation du champ électrostatique dans des cas simples.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/5}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.5}, contenu = { \cpgeitem{Flux du champ électrostatique. Théorème de Gauss.}}, capacites = { \cpgeitem{Identifier les situations pour lesquelles le champ électrostatique peut être calculé à l'aide du théorème de Gauss.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/6}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.6}, contenu = { \cpgeitem{Systèmes modélisés par une sphère, un cylindre infini ou un plan infini.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les expressions des champs électrostatiques créés en tout point de l'espace par une sphère uniformément chargée en volume, par un cylindre infini uniformément chargé en volume et par un plan infini uniformément chargé en surface.} \cpgeitem{Établir et énoncer qu'à l'extérieur d'une distribution à symétrie sphérique, le champ électrostatique créé est le même que celui d'une charge ponctuelle concentrant la charge totale et placée au centre de la distribution.} \cpgeitem{Utiliser le théorème de Gauss pour déterminer le champ électrostatique créé par une distribution présentant un haut degré de symétrie.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/7}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.7}, contenu = { \cpgeitem{Étude du condensateur plan modélisé comme la superposition de deux distributions surfaciques, de charges opposées.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir et citer l'expression de la capacité d'un condensateur plan dans le vide.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/8}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.8}, contenu = { \cpgeitem{Lignes de champ, tubes de champ, surfaces équipotentielles.}}, capacites = { \cpgeitem{Orienter les lignes de champ électrostatique créées par une distribution de charges.} \cpgeitem{Représenter les surfaces équipotentielles connaissant les lignes de champ et inversement. Associer les variations de l'intensité du champ électrostatique à la position relative des lignes de champ.} \cpgeitem{Vérifier qu'une carte de lignes de champ est compatible avec les symétries et les invariances d'une distribution.}}, experimentales = {}, numeriques = { \cpgeitem{à l’aide d’un langage de programmation, tracer quelques lignes de champ pour une distribution donnée.}}, } \cpgeligne{MP/4/1/9}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.9}, contenu = { \cpgeitem{Énergie potentielle électrostatique d’une charge placée dans un champ électrostatique} \cpgeitem{extérieur.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir et exploiter l’expression de l'énergie potentielle d'une charge ponctuelle placée dans un champ électrostatique extérieur.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/10}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.10}, contenu = { \cpgeitem{Notion de dipôle électrostatique, moment dipolaire.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer le moment dipolaire d'un doublet de charges.} \cpgeitem{Évaluer des ordres de grandeur dans le domaine microscopique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/11}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.11}, contenu = { \cpgeitem{Champ et potentiel créés par un dipôle électrostatique.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliciter l’approximation dipolaire. Représenter l'allure des lignes de champ et des surfaces équipotentielles d'un dipôle électrostatique.} \cpgeitem{Établir et exploiter les expressions du champ et du potentiel créés par un doublet de charges dans l’approximation dipolaire.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/12}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.12}, contenu = { \cpgeitem{Dipôle électrostatique placé dans un champ électrostatique extérieur : actions subies et énergie potentielle d’interaction.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliquer qualitativement le comportement d'un dipôle placé dans un champ électrostatique extérieur.} \cpgeitem{Établir et exploiter les expressions des actions mécaniques subies par un doublet de charges dans un champ électrostatique extérieur uniforme.} \cpgeitem{Exploiter l’expression fournie de la force subie par un dipôle placé dans un champ électrostatique extérieur non uniforme.} \cpgeitem{Citer et exploiter l’expression de l’énergie potentielle d’interaction.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/1/13}{ parent = {MP/4/1}, numero = {4.1.13}, contenu = { \cpgeitem{Analogies avec la gravitation.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser le théorème de Gauss de la gravitation.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/4/2}{ parent = {MP/4}, numero = {4.2}, niveau = {2}, titre = {Magnétostatique}, chapeau = { \cpgeitem{La partie \cpgecettepartie s’appuie sur les différents aspects qualitatifs et quantitatifs vus en première année de la classe de MPSI. Les étudiants sont donc déjà familiarisés avec le concept de champ magnétostatique. La loi de Biot et Savart n’est pas introduite ; l’utilisation de celle-ci pour calculer un champ magnétostatique est donc exclue.} \cpgeitem{Les distributions de courants surfaciques ne sont pas introduites à ce niveau du programme, elles le sont uniquement à l’occasion de la réflexion d’une onde électromagnétique sur un métal parfait.} \cpgeitem{L‘étude des propriétés des dipôles magnétiques, déjà abordée en classe de MPSI est ici complétée notamment en ce qui concerne les actions subies par un dipôle magnétique placé dans un champ magnétostatique extérieur. On peut, sur ce thème, souligner les analogies avec l’électrostatique.}}, } \cpgeligne{MP/4/2/1}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Vecteur densité de courant volumique. Intensité du courant. Distributions de courant volumique et linéique.}}, capacites = { \cpgeitem{Relier l’intensité du courant et le flux du vecteur densité de courant volumique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/2}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.2}, contenu = { \cpgeitem{Symétries et invariances des distributions de courant.}}, capacites = { \cpgeitem{Exploiter les propriétés de symétrie et d’invariance des sources pour prévoir des propriétés du champ créé.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/3}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.3}, contenu = { \cpgeitem{Propriétés de flux et de circulation. Théorème d’Ampère.}}, capacites = { \cpgeitem{Identifier les situations pour lesquelles le champ magnétostatique peut être calculé à l'aide du théorème d'Ampère.} \cpgeitem{Choisir un contour, une surface et les orienter pour appliquer le théorème d’Ampère en vue de déterminer l’expression d’un champ magnétique. Utiliser une méthode de superposition.} \cpgeitem{Citer quelques ordres de grandeur de valeurs de champs magnétostatiques.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/4}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.4}, contenu = { \cpgeitem{Modèles du fil rectiligne infini de section non nulle et du solénoïde infini.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les expressions des champs magnétostatiques créés en tout point de l'espace par un fil rectiligne infini de section non nulle, parcouru par des courants uniformément répartis en volume, par un solénoïde infini en admettant que le champ est nul à l’extérieur.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/5}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.5}, contenu = { \cpgeitem{Lignes de champ, tubes de champ.}}, capacites = { \cpgeitem{Orienter les lignes de champ magnétostatique créées par une distribution de courants.} \cpgeitem{Associer les variations de l'intensité du champ magnétostatique à la position relative des lignes de champ.} \cpgeitem{Vérifier qu'une carte de lignes de champ est compatible avec les symétries et les invariances d'une distribution}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/6}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.6}, contenu = { \cpgeitem{Notion de dipôle magnétique. Moment magnétique.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer le moment magnétique d’une boucle de courant plane.} \cpgeitem{Évaluer des ordres de grandeur dans les domaines macroscopique et microscopique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/7}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.7}, contenu = { \cpgeitem{Champ créé par un dipôle magnétique.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliciter l’approximation dipolaire. Représenter l'allure des lignes de champ d'un dipôle magnétique.} \cpgeitem{Exploiter l’expression fournie du champ créé par un dipôle magnétique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/2/8}{ parent = {MP/4/2}, numero = {4.2.8}, contenu = { \cpgeitem{Dipôle magnétique placé dans un champ magnétostatique extérieur : actions subies et énergie potentielle d’interaction.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliquer qualitativement le comportement d'un dipôle passif placé dans un champ magnétostatique extérieur.} \cpgeitem{Exploiter les expressions fournies des actions mécaniques subies par un dipôle magnétique dans un champ magnétostatique extérieur uniforme.} \cpgeitem{Exploiter l’expression fournie de la force subie par un dipôle magnétique dans un champ magnétostatique extérieur non uniforme.} \cpgeitem{Citer et exploiter l’expression de l’énergie potentielle d’interaction.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/4/3}{ parent = {MP/4}, numero = {4.3}, niveau = {2}, titre = {Équations de Maxwell}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie une vision unifiée des lois de l’électromagnétisme est présentée. Elle conduit à une première approche quantitative du phénomène de propagation et permet également de revenir sur les lois de l’induction étudiées en première année de MPSI. Les lois locales de l’électrostatique relatives au potentiel constituent un support pertinent pour procéder à une approche numérique de la résolution d’une équation aux dérivées partielles.}}, } \cpgeligne{MP/4/3/1}{ parent = {MP/4/3}, numero = {4.3.1}, contenu = { \cpgeitem{Principe de la conservation de la charge : formulation locale.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir l’équation locale de la conservation de la charge en coordonnées cartésiennes dans le cas à une dimension.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/3/2}{ parent = {MP/4/3}, numero = {4.3.2}, contenu = { \cpgeitem{Équations de Maxwell : formulations locale et intégrale.}}, capacites = { \cpgeitem{Associer l’équation de Maxwell-Faraday à la loi de Faraday.} \cpgeitem{Citer, utiliser et interpréter les équations de Maxwell sous forme intégrale.} \cpgeitem{Associer qualitativement le couplage spatio- temporel entre champ électrique et champ magnétique au phénomène de propagation. Vérifier la cohérence des équations de Maxwell avec l’équation locale de la conservation de la charge.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/3/3}{ parent = {MP/4/3}, numero = {4.3.3}, contenu = { \cpgeitem{Équations de propagation des champs dans une région vide de charges et de courants.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les équations de propagation à partir des équations de Maxwell.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/3/4}{ parent = {MP/4/3}, numero = {4.3.4}, contenu = { \cpgeitem{Cas des champs statiques : équations locales.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les lois locales des champs statiques à partir des équations de Maxwell.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/3/5}{ parent = {MP/4/3}, numero = {4.3.5}, contenu = { \cpgeitem{Équation de Poisson et équation de Laplace de l’électrostatique.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les équations de Poisson et de Laplace de l’électrostatique.} \cpgeitem{Exprimer par analogie les équations de Poisson et de Laplace dans le cas de la gravitation.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/4/4}{ parent = {MP/4}, numero = {4.4}, niveau = {2}, titre = {Énergie du champ électromagnétique}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie, aucun modèle relatif à la loi d’Ohm locale n’est exigible ; l’accent est mis sur les échanges d’énergie entre la matière et le champ électromagnétique, sur l’utilisation du flux du vecteur de Poynting pour évaluer une puissance rayonnée à travers une surface et sur les bilans d’énergie et de puissance.}}, } \cpgeligne{MP/4/4/1}{ parent = {MP/4/4}, numero = {4.4.1}, contenu = { \cpgeitem{Force électromagnétique volumique. Puissance volumique cédée par le champ électromagnétique aux porteurs de charge.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir et utiliser l’expression de la puissance volumique cédée par le champ électromagnétique aux porteurs de charge.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/4/2}{ parent = {MP/4/4}, numero = {4.4.2}, contenu = { \cpgeitem{Loi d’Ohm locale ; puissance volumique dissipée par effet Joule.}}, capacites = { \cpgeitem{Analyser les aspects énergétiques dans le cas particulier d’un milieu ohmique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/4/3}{ parent = {MP/4/4}, numero = {4.4.3}, contenu = { \cpgeitem{Énergie électromagnétique volumique.} \cpgeitem{Vecteur de Poynting. Bilan d’énergie.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer des ordres de grandeur de flux énergétiques moyens (flux solaire, laser…).} \cpgeitem{Utiliser le flux du vecteur de Poynting à travers une surface orientée pour évaluer la puissance rayonnée.} \cpgeitem{Effectuer un bilan d’énergie sous forme locale et intégrale.} \cpgeitem{Interpréter chaque terme de l’équation locale de Poynting, celle-ci étant fournie.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/4/5}{ parent = {MP/4}, numero = {4.5}, niveau = {2}, titre = {Propagation et rayonnement}, chapeau = { \cpgeitem{La partie \cpgecettepartie est l’occasion d’illustrer l’efficacité du formalisme local des équations de Maxwell en insistant sur les aspects qualitatifs et sur la variété des applications qui en découlent.} \cpgeitem{Si le modèle de l’onde plane est présenté dans le cadre de l’espace vide, les études des ondes électromagnétiques dans un plasma ainsi que dans un milieu ohmique permettent d’illustrer l’importance des couplages entre les champs, les charges et les courants. Elles sont également l’occasion d’enrichir les compétences des étudiants sur les phénomènes de propagation en abordant, par exemple, l’effet de peau, le phénomène de dispersion, les notions de vitesse de groupe et de phase, de fréquence de coupure ou encore d’onde évanescente.} \cpgeitem{La réflexion d’une onde électromagnétique sur un métal parfait permet d’aborder la notion d’onde stationnaire. L’importance des conditions aux limites imposées sur la quantification des solutions est soulignée. La notion de densité de courant surfacique est introduite mais le calcul de l’intensité à travers un segment ne relève pas du programme.} \cpgeitem{L’étude du rayonnement dipolaire repose sur l’analyse et l’exploitation des expressions des champs, qui sont admises. Elle est l’occasion d’étudier une modélisation du phénomène de diffusion d’une onde électromagnétique par un atome et d’en analyser les conséquences.}}, } \cpgeligne{MP/4/5/1}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.1}, contenu = { \cpgeitem{Onde plane dans l’espace vide de charge et de courant ; onde plane progressive et aspects énergétiques.}}, capacites = { \cpgeitem{Citer les solutions de l’équation de d’Alembert à une dimension.} \cpgeitem{Décrire la structure d’une onde plane et d’une onde plane progressive dans l’espace vide de charge et de courant.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/2}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.2}, contenu = { \cpgeitem{Onde plane progressive monochromatique. Relation de dispersion.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliquer le caractère idéal du modèle de l’onde plane monochromatique.} \cpgeitem{Déterminer la relation de dispersion. Citer les domaines du spectre des ondes électromagnétiques et leur associer des applications.} \cpgeitem{Exprimer le vecteur de Poynting et l’énergie électromagnétique volumique associés à une onde plane progressive monochromatique.} \cpgeitem{Effectuer une étude énergétique dans le cas d’une onde plane progressive monochromatique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/3}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.3}, contenu = { \cpgeitem{Onde plane progressive monochromatique polarisée rectilignement ou circulairement.}}, capacites = { \cpgeitem{Reconnaître une onde polarisée rectilignement ou circulairement.}}, experimentales = { \cpgeitem{Utiliser des polariseurs et étudier quantitativement la loi de Malus.\cpgerenvoi{MP/E/2/6}}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/4}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.4}, contenu = { \cpgeitem{Onde plane transverse électrique monochromatique dans un plasma dilué.} \cpgeitem{Conductivité complexe du milieu.} \cpgeitem{Pulsation de coupure.} \cpgeitem{Ondes évanescentes.}}, capacites = { \cpgeitem{Exprimer la conductivité complexe du milieu et établir la relation de dispersion.} \cpgeitem{Décrire le phénomène de dispersion.} \cpgeitem{Relier la fréquence de coupure aux caractéristiques du plasma et citer son ordre de grandeur dans le cas de l’ionosphère.} \cpgeitem{Distinguer qualitativement les ondes évanescentes et les ondes progressives du point de vue du transport de l’énergie.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/5}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.5}, contenu = { \cpgeitem{Vitesse de phase, vitesse de groupe.} \cpgeitem{Propagation d’un paquet d’ondes dans un milieu linéaire faiblement dispersif.}}, capacites = { \cpgeitem{Calculer la vitesse de groupe à partir de la relation de dispersion.} \cpgeitem{Associer la vitesse de groupe à la propagation de l’enveloppe du paquet d’ondes.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/6}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.6}, contenu = { \cpgeitem{Propagation d’une onde électromagnétique dans un milieu ohmique en régime lentement} \cpgeitem{variable. Effet de peau.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir et interpréter l’expression de la longueur caractéristique d’atténuation de l’onde électromagnétique dans un milieu ohmique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/7}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.7}, contenu = { \cpgeitem{Réflexion sous incidence normale d’une onde plane, progressive et monochromatique polarisée rectilignement sur un plan conducteur parfait. Onde stationnaire.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir l’expression de l’onde réfléchie en exploitant les relations de passage fournies. Interpréter qualitativement la présence de courants localisés en surface.} \cpgeitem{Reconnaître et caractériser une onde stationnaire.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/8}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.8}, contenu = { \cpgeitem{Applications aux cavités à une dimension.} \cpgeitem{Mode d’onde stationnaire.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir la condition de quantification des solutions.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre un dispositif permettant d’étudier une onde électromagnétique, dans le domaine des ondes centimétriques.\cpgerenvoi{MP/E/2/5}}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/9}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.9}, contenu = { \cpgeitem{Champ électromagnétique rayonné par un dipôle oscillant dans la zone de rayonnement.} \cpgeitem{Puissance rayonnée.}}, capacites = { \cpgeitem{Justifier l’intérêt du modèle du dipôle oscillant et citer des exemples dans différents domaines.} \cpgeitem{Formuler et commenter les approximations reliant les trois échelles de longueur pertinentes.} \cpgeitem{Analyser la structure du champ électromagnétique rayonné, les expressions des champs étant fournies, en utilisant des arguments généraux : symétrie, conservation de l’énergie et analyse dimensionnelle.} \cpgeitem{Effectuer un bilan énergétique, les expressions des champs étant fournies.} \cpgeitem{Représenter l’indicatrice de rayonnement.}}, experimentales = { \cpgeitem{Détecter une onde électromagnétique rayonnée.}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/4/5/10}{ parent = {MP/4/5}, numero = {4.5.10}, contenu = { \cpgeitem{Diffusion d’une onde électromagnétique polarisée rectilignement par une molécule dans cadre du modèle de la charge élastiquement liée.} \cpgeitem{Structure de l’onde diffusée.} \cpgeitem{Puissance diffusée en fonction de la fréquence. Résonance. Domaine de} \cpgeitem{Rayleigh.}}, capacites = { \cpgeitem{Déterminer les caractéristiques du dipôle induit en régime établi, par l’action de l’onde incidente sur la molécule.} \cpgeitem{Identifier les domaines de résonances et de Rayleigh.} \cpgeitem{Citer des illustrations de la diffusion d’une onde électromagnétique par un milieu.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/5}{ parent = {MP}, numero = {5}, niveau = {1}, titre = {Thermodynamique}, chapeau = { \cpgeitem{Le programme de thermodynamique de la classe de MP s’inscrit dans le prolongement de celui de MPSI. Les principes de la thermodynamique sont désormais écrits sous forme infinitésimale $\cpgedd U+\cpgedd E = \delta W+\delta Q$ et $\cpgedd S = \delta S_e +\delta S_c$. Le premier principe écrit sous forme infinitésimale est réinvesti dans l’étude des transferts thermiques.}}, } \cpgerubrique{MP/5/1}{ parent = {MP/5}, numero = {5.1}, niveau = {2}, titre = {Principes de la thermodynamique}, chapeau = { \cpgeitem{La partie intitulée \cpgecettepartie est principalement consacrée à l’étude des systèmes ouverts limitée au cas d’un écoulement unidimensionnel.}}, } \cpgeligne{MP/5/1/1}{ parent = {MP/5/1}, numero = {5.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Formulation des principes de la thermodynamique pour une transformation élémentaire.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser avec rigueur les notations $\cpgedd$ et $\delta$ en leur attachant une signification.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/1/2}{ parent = {MP/5/1}, numero = {5.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Premier et deuxième principes de la thermodynamique pour un système ouvert en régime stationnaire, dans le seul cas d’un écoulement unidimensionnel dans la section} \cpgeitem{d’entrée et la section de sortie.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les relations $\Delta h+\Delta e = w_u+q$ et $\Delta s = s_e+s_c$ et les utiliser pour étudier des machines thermiques réelles à l’aide du diagramme $(P,h)$.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/5/2}{ parent = {MP/5}, numero = {5.2}, niveau = {2}, titre = {Transferts thermiques}, chapeau = { \cpgeitem{Dans la partie \cpgecettepartie, l’établissement de l’équation de la diffusion thermique est limitée au cas des solides ; il est possible d’utiliser les résultats établis dans d’autres situations, notamment dans le cas de l’étude des fluides, en affirmant la généralisation des équations obtenues dans le cas des solides. Les mises en équations locales sont faites exclusivement sur des géométries où une seule variable d’espace intervient. On admet ensuite les formes générales des équations en utilisant les opérateurs d’analyse vectorielle. Enfin, aucune connaissance spécifique sur les solutions d’une équation de diffusion ne figure au programme.} \cpgeitem{La loi de Newton à l’interface entre un solide et un fluide est introduite.}}, } \cpgeligne{MP/5/2/1}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Conduction, convection et rayonnement.}}, capacites = { \cpgeitem{Identifier un mode de transfert thermique.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mettre en œuvre un dispositif expérimental utilisant une caméra thermique ou un capteur dans le domaine des infrarouges.}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/2/2}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.2}, contenu = { \cpgeitem{Flux thermique.} \cpgeitem{Vecteur densité de flux thermique.}}, capacites = { \cpgeitem{Calculer un flux thermique à travers une surface orientée et interpréter son signe.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/2/3}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.3}, contenu = { \cpgeitem{Premier principe de la thermodynamique.}}, capacites = { \cpgeitem{Effectuer un bilan local d’énergie interne pour un solide dans le cas d’une situation à une variable d’espace en géométrie cartésienne, cylindrique} \cpgeitem{ou sphérique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/2/4}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.4}, contenu = { \cpgeitem{Loi de Fourier.}}, capacites = { \cpgeitem{Interpréter et utiliser la loi de Fourier.} \cpgeitem{Citer quelques ordres de grandeur de conductivité thermique dans les conditions usuelles : air, eau, verre, acier.}}, experimentales = { \cpgeitem{Mesurer la conductivité thermique d’un matériau.}}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/2/5}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.5}, contenu = { \cpgeitem{Équation de la diffusion thermique.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir l’équation de la diffusion thermique sans terme de source au sein d’un solide dans le cas d’une situation à une variable d’espace en géométrie cartésienne, cylindrique ou sphérique. Utiliser une généralisation de l’équation de la diffusion en présence d’un terme de source.} \cpgeitem{Utiliser une généralisation en géométrie quelconque en utilisant l’opérateur Laplacien et son expression fournie.} \cpgeitem{Analyser une équation de diffusion thermique en ordre de grandeur pour relier des échelles caractéristiques spatiale et temporelle.}}, experimentales = {}, numeriques = { \cpgeitem{à l’aide d’un langage de programmation, résoudre l’équation de la diffusion thermique à une dimension par une méthode des différences finies dérivée de la méthode d’Euler explicite de résolution des équations différentielles ordinaires.}}, } \cpgeligne{MP/5/2/6}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.6}, contenu = { \cpgeitem{Régime stationnaire. Résistance thermique.}}, capacites = { \cpgeitem{Définir la notion de résistance thermique par analogie avec l’électrocinétique.} \cpgeitem{Déterminer l’expression de la résistance thermique d’un solide dans le cas d’un problème unidimensionnel en géométrie cartésienne.} \cpgeitem{Exploiter les lois d’association de résistances thermiques.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/5/2/7}{ parent = {MP/5/2}, numero = {5.2.7}, contenu = { \cpgeitem{Coefficient de transfert thermique de surface ; loi de Newton.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser la loi de Newton comme condition aux limites à une interface solide-fluide.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/6}{ parent = {MP}, numero = {6}, niveau = {1}, titre = {Physique quantique}, chapeau = { \cpgeitem{Cette partie s’inscrit dans le prolongement du programme de la classe de MPSI. Il s’agit cependant de dépasser l’approche descriptive et qualitative et de donner aux étudiants leurs premiers outils quantitatifs d’analyse. Le cœur de cet enseignement est construit sur la mécanique ondulatoire de Schrödinger et propose des résolutions d’exemples simples mais fondamentaux pour la bonne compréhension de problèmes plus complexes : particule dans une marche de potentiel et effet tunnel, particule dans un puits de potentiel infini et quantification de l’énergie d’une particule confinée. On se limite à l’introduction heuristique de la dualité onde- particule et de la densité de courant de probabilité pour une particule libre sans développer la notion de paquet d’ondes.} \cpgeitem{L’accent doit être mis sur l’interprétation et l’exploitation des résultats et non pas sur les calculs, non exigibles pour l’exemple plus délicat de la barrière de potentiel. Le professeur peut au contraire, s’il le souhaite, proposer des analyses de graphes, des exploitations de formules analytiques fournies, des estimations numériques, des simulations… afin d’aborder des modélisations plus réalistes.}}, } \cpgerubrique{MP/6/1}{ parent = {MP/6}, numero = {6.1}, niveau = {2}, titre = {Fonction d’onde et équation de Schrödinger}, chapeau = {}, } \cpgeligne{MP/6/1/1}{ parent = {MP/6/1}, numero = {6.1.1}, contenu = { \cpgeitem{Fonction d’onde $\psi$ d’une particule sans spin et densité de probabilité de présence.}}, capacites = { \cpgeitem{Interpréter en termes de probabilité l’amplitude d’une onde associée à une particule.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/6/1/2}{ parent = {MP/6/1}, numero = {6.1.2}, contenu = { \cpgeitem{Équation de Schrödinger à une dimension dans un potentiel $V(x)$.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser le caractère linéaire de l’équation (principe de superposition).}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/6/1/3}{ parent = {MP/6/1}, numero = {6.1.3}, contenu = { \cpgeitem{États stationnaires de l’équation de Schrödinger.}}, capacites = { \cpgeitem{Procéder à la séparation des variables temps et espace.} \cpgeitem{Distinguer l’onde associée à un état stationnaire en mécanique quantique d’une onde stationnaire au sens usuel de la physique des ondes.} \cpgeitem{Relier l’énergie de la particule à l’évolution temporelle de sa fonction d’onde et faire le lien avec la relation de Planck-Einstein.} \cpgeitem{Identifier le terme associé à l’énergie cinétique.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/6/2}{ parent = {MP/6}, numero = {6.2}, niveau = {2}, titre = {Particule libre}, chapeau = {}, } \cpgeligne{MP/6/2/1}{ parent = {MP/6/2}, numero = {6.2.1}, contenu = { \cpgeitem{Fonction d’onde d’une particule libre non localisée.}}, capacites = { \cpgeitem{Établir les solutions.} \cpgeitem{Interpréter la difficulté de normalisation de cette fonction d’onde.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/6/2/2}{ parent = {MP/6/2}, numero = {6.2.2}, contenu = { \cpgeitem{Relation de de Broglie.}}, capacites = { \cpgeitem{Relier l’énergie de la particule et le vecteur d’onde de l’onde plane associée.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/6/2/3}{ parent = {MP/6/2}, numero = {6.2.3}, contenu = { \cpgeitem{Inégalité d’Heisenberg spatiale et paquet d’ondes.}}, capacites = { \cpgeitem{Expliquer, en s’appuyant sur l’inégalité d’Heisenberg spatiale, que la localisation de la particule peut s’obtenir par superposition d’ondes planes.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgeligne{MP/6/2/4}{ parent = {MP/6/2}, numero = {6.2.4}, contenu = { \cpgeitem{Densité de courant de probabilité associée à une particule libre.}}, capacites = { \cpgeitem{Utiliser l’expression admise du courant de probabilité associé à une particule libre ; l’interpréter comme un produit densité$\times$vitesse.}}, experimentales = {}, numeriques = {}, } \cpgerubrique{MP/6/3}{ parent = {MP/6}, numero = {6.3}, niveau = {2}, titre = {États stationnaires d’une particule dans des potentiels constants par morceaux}, chapeau = {}, } \cpgeligne{MP/6/3/1}{ parent = {MP/6/3}, numero = {6.3.1}, contenu = { \cpgeitem{États stationnaires d’une particule dans le cas d’une marche de potentiel.} \cpgeitem{Cas $E>V$ : probabilité de transmission et de réflexion.} \cpgeitem{Cas $E