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Vendredi 29 janvier

• 10h-12h : Corrigés d’exercices du chapitre Tphy2
- fin de l’exercice 1 sur le climatiseur (
+ rappels sur le cycle frigo de Carnot et son efficacité )
- exercice 2 : Bilan enthalpique et entropique dans un refroidisseur isobare entre deux compressions
- exercice 3 : création d’entropie dans un robinet de laminage : calcul de x par isenthalpique puis détermination de l’entropie produite par kilogramme de fluide détendu

• 13h-17h :
TP de Première série tournante : Optique et thermique (séance de compléments)

On complètera plus particulièrement :

- Conduction thermique : réflexion sur les modèles, la précision des mesures de température, la possibilité de travailler sur des courbes théoriques de températures des capteurs pour superposer nos mesures
- Méca flu : traitement de l’exemple 2 : point de fonctionnement d’une pompe sur un réseau donné.
- Interférences à fentes d’Young : essai en fente source primaire de largeur variable et mesurable, mise en évidence de la largeur angulaire de perte de contraste et de l’inversion de contraste observée après réapparition.
- Valeur en eau du calorimètre (souvent mal estimée par les étudiants : valeur négative ?)
- Réglages de base de l’interféromètre de Michelson

TP A1 : Michelson (réglages)
TP B1 : Interférences de fentes d’Young (avec capteur CCD caliens)
TP C1 : Conduction thermique dans des barres métalliques
(détermination de la diffusivité du matériau, de sa conductivité puis de sa capacité thermique)

TPD1 : Calorimétrie de réactions chimiques
TP Méca flu

Travaux en cours : Exercices du TD Tphy2 à préparer pour mercredi 2 février : exercices 4,5,6,7 (tous ces exercices seront corrigés en séance mais peut-être pas dans le même groupe)

Mercredi 27 janvier

  • 13h-17h (deux groupes de TD )

Fin de chapitre Tphy2 :
- retour sur le séparateur de phases : bilan enthalpique inutile après un bilan de matière
- Tuyères (convergent, divergent, LAVAL) : rôle essentiel des variations d’énergie cinétique massique
- Détendeurs à laminage (robinets, vannes) : détente isenthalpique
Cycles de machines « à vapeur »
- basique de Rankine
- avec surchauffe (Hirn)
- avec soutirage(s)
Cycles de machines « à gaz »
- Carnot
- Stirling
- Beau de Rochas (ou OTTO) en coordonnées de Watt
- Diesel en coordonnées de Watt

Exercice 1 : Climatiseur d’automobile à R134a
Utlisation du diagramme enthalpique (ou diagramme des frigoristes)
Repérage des états successifs, bilans enthalpiques.


(2 ème groupe)
L’idée est présentée à partir de différentes situations physiques où la distribution d’une grandeur (pression, concentration, énergie) est une répartition de Boltzmann.
Un rappel sur la loi d’Arrhénius et l’énergie d’activation est proposé également.
Une application aux conformations d’une molécule de butane par torsion est définie et quantifiée (situation avec plusieurs maxima et minima relatifs (locaux) et absolus (globaux))
Par calcul on comprend le rôle de la température sur la distribution des probabilités de conformation
Le
programme python associé a pour objectif de repérer la conformation d’énergie minimale par diminution lente de la température. Le programme devra être commenté par les étudiants.

On signale la résolution par l’algorithme de Metropolis du problème du « voyageur de commerce » et on lance
une applet internet rélisant cette recherche de chemin cyclique de longueur minimale sur une vingtaine de villes.

On trouvera également un article vulgarisant la méthode du recuit simulé et présentant également des applets java illustratifs et interactifs
ici.

Les étudiants conçoivent alors
un programme recherchant le chemin optique (de durée minimale) reliant deux points diagonalement opposés d’un carré constitué de deux milieux d’indice différents et on constate l’obtention d’un chemin de type DESCARTES à partir de cette contrainte de type FERMAT

Travaux en cours : finalisation de l’exercice 1 du TD Tphy2 pour vendredi. Réécriture du corrigé de l’interro 8 pour vendredi.
Choix des TP à compléter en séance l’après-midi du vendredi.

Lundi 25 janvier

• 8h-10h : Interrogation N°8 : Mécanique des fluides (35 minutes)

L’interro porte principalement sur l ‘ADS méca flu :
(approche documentaire) sur le nombre de Reynolds et les régimes laminaires et turbulents, les appareils de débitmétrie et vélocimétrie.
mais également sur le cours de Méca flu (BERNOULLI, aérostat, frottements fluides suivant les régimes, résistance hydraulique de Poiseuille)
L’anémométrie Doppler LASER fait intervenir des connaissances sur les signaux d’interférences et la démodulation (synchrone) par multiplication de signaux.
La PIV est précisée.

Le corrigé détaillé de cette interro est réalisé dans la foulée (1h20 d’explications)

• 15h-17h : TIPE (diminué d’une heure à cause du conseil de classe)

Travaux en cours : L’interrogation 8 est à corriger en temps libre et à rendre ce vendredi 29 janvier.
Un texte de DV pour les congés de Février est distribué : épreuve CCP PSI 2014
Liquéfaction de l’Hélium (procédé Claude), échangeur à contre-courant, pompe à palettes, contrôles…

Les TP sont à compléter en séance ce vendredi 29 pour préparer le cahier de compte-rendu à rendre au retour des vacances de février.

Vendredi 22 janvier

• 10h-12h : Chapitre Tphy2 : Machines Thermiques

- Rappel des deux principes exprimés en système ouvert :
Bilan enthalpique
Bilan entropique
- Détente de Joule-Kelvin
- Rappel de l’allure d’isenthalpes et d’isentropes en Clapeyron, entropique et Mollier.
- Interprétation graphique de grandeurs échangées q et wi lors de transformations réversibles
- Compression et détente adiabatiques (réversibles puis réelles) : rendement à l’isentropique
- échangeurs thermiques
- Séparateurs et mélangeurs


• 13h-17h :
TP de Première série tournante : Optique et thermique (4eme séance)

TP A1 : Michelson (réglages)

TP B1 : Interférences de fentes d’Young (avec capteur CCD caliens)

TP C1 : Conduction thermique dans des barres métalliques
(détermination de la diffusivité du matériau, de sa conductivité puis de sa capacité thermique)


TPD1 : Calorimétrie de réactions chimiques


Travaux en cours : Interrogation écrite sur la méca flu lundi 25 à 8h
(programme de l’interrogation =
programme de colle en cours + corrige des TD et du DS4)

Mercredi 20 Janvier

Exercice 1 : Interféromètre VIRGO (perturbation des chemins optiques par les ondes gravitationnelles)
Exercice 2 : Série de Balmer (lambdamétrie au minima de déviation d’un réseau)
Exercice 3 : Atmosphère et ballon sonde
Exercice 4 : Barrage-conduite-turbine récupération optimale d’énergie hydraulique

Corrigé distribué en fin d’épreuve

  • 13h-17h (deux groupes de TD : résolution d’exercices différents)

Corrigé des exercices du TD MF2 : Ecoulements (cinématique et énergétique)

- exercice 4 : Vortex de vidange (calculs de rotationnel avec puis SANS la connaissance de l’opérateur en coordonnées cylindriques)
- exercice 6 : Dépression dans un Venturi : mesure de Débit
- exercice 9 : pertes de charges régulières et singulières (élargissement)
- exercice 7 : adduction (séparation de bras fluides)
- exercice 10 et 11 (début) : système artériel
- exercice 13 : Pompe de circulation pour une distribution d’eau horizontale + réflexion sur les associations de résistances hydrauliques


L’idée est présentée à partir de différentes situations physiques où la distribution d’une grandeur (pression, concentration, énergie) est une répartition de Boltzmann.
Un rappel sur la loi d’Arrhénius et l’énergie d’activation est proposé également.
Une application aux conformations d’une molécule de butane par torsion est définie et quantifiée (situation avec plusieurs maxima et minima relatifs (locaux) et absolus (globaux))
Par calcul on comprend le rôle de la température sur la distribution des probabilités de conformation
Le
programme python associé a pour objectif de repérer la conformation d’énergie minimale par diminution lente de la température.

On signale la résolution par l’algorithme de Metropolis du problème du « voyageur de commerce » et on lance
une applet internet rélisant cette recherche de chemin cyclique de longueur minimale sur une vingtaine de villes.

Les étudiants conçoivent alors
un programme recherchant le chemin optique (de durée minimale) reliant deux points diagonalement opposés d’un carré constitué de deux milieux d’indice différents et on constate l’obtention d’un chemin de type DESCARTES à partir de cette contrainte de type FERMAT

Lundi 18 Janvier

• 8h-10h : TD MF 2

Corrigés d’exercices de méca flu en classe entière :
Cinématique :
-exercice 1 : description de l’écoulement à nombre de Reynolds 40 autour d’un cylindre
(informations déduites des lignes de courant, rôle du référentiel d’étude, caractères tourbillonnaire et incompressible… )
-exercice 3 : étude cinématique de deux écoulements
- divergent 2D(?) depuis un tuyau perpendiculaire au plan : caractère irrotationnel, rôle de la viscosité
- circulaire à circulation conservative
Energétique :
-exercice 6 : effet Venturi : mesure de débit par étranglement venturi et mesure manométrique
(application (ou non : turbulences !) de la relation de BERNOULLI
-exercice 5 : Vidange de TORRICELLI : éléments de solutions portés au tableau l’après-midi en TIPE

Distributions de documents (approche documentaire) sur le nombre de Reynolds et les régimes laminaires et turbulents, les appareils de débitmétrie et vélocimétrie.

• 15h-17h : TIPE

Travaux en cours : Préparation du DS 4 de mercredi (révisions d’interférométrie et de méca flu)
Lecture complète et réponses au travail préparatoire du
TD IMSP Phys3 pour le groupe qui fait la séance de TD d’info l’après-midi. Préparation des exercices cités vendredi et non corrigés ce matin :
exercices 4, 9 et 10 du TD MF2

Vendredi 15 Janvier

• 10h-12h : Chapitre MF (bilans énergétiques)

- Bilan d’énergie (sous toutes ses formes)
- Démonstration de l’expression du premier principe en système ouvert et en régime permanent :
Dm[u+pv+ec+ep]=Pth+Pi + Pncautres
- Découplage du bilan mécanique et du bilan thermodynamique dans le cas de fluides parfait (pas de conversion d’une forme à une autre)
- Obtention de la relation de BERNOULLI DANS UN TUBE DE COURANT (rappel des hypothèses nécessaires au modèle)
- Démo officielle de BERNOULLI par un bilan purement mécanique (Th de la puissance cinétique) (On admet dans ce cas le découplage
A PRIORI)
- Cas des fluides réels (visqueux) :
Viscosité dynamique et viscosité cinématique
Notion de charge d’un écoulement le long d’un tube de courant, pertes de charge dues à la viscosité (exprimée en Pa ou bien en mcf), pertes de charges régulières (nombre de Reynolds, rugosité relative,
abaque de Moody, coefficient de Darcy, expression de la perte de charge linéique), pertes de charge singulières.


• 13h-17h :
TP Méca flu (illustrations et simulation)

On parcourt le CD multimédia MDFM ( vorticité, Reynolds, coefficients de trainée et de portance, Régimes laminaires et régimes turbulents, définition ,importance et évolution de la couche limite… )
On résoud un exercice de méca flu (Barrage+conduite+turbine) tenant compte des pertes de charge du réseau pour estimer la puissance mécanique disponible sur l’arbre d’une turbine.
(sans le logiciel MECAFLUX puis avec)
Un deuxième exercice (Pompe de relevage et point de fonctionnement ) est proposé mais les étudiants n’ont pas eu le temps de le traiter (à refaire lors du TP de récupération dans deux semaines)


Travaux en cours : Préparer pour lundi 18 janvier les exercices 1,3,4 (cinématique des écoulements) et 6,9,10 (énergétique des écoulements) du TD MF2

Mercredi 13 janvier 2016

  • 13h-17h (deux groupes de TD)

Corrigé des exercices du TD MF1 (statique des fluides)
-exercice 6 : Ballon d’Hélium (corrigé détaillé au tableau)
-exercice 4 : hémisphères de Magdebourg ou comment calculer plus simplement une résultante des forces de pression en fermant une surface ouverte.
-exercice 2 : calcul intégral non effectué en classe ( on utlise ici la poussée d’archimède pour éviter un calcul d’intégrale sur un cône)

Poursuite du cours (chapitre MF1)
Remarques sur le vecteur tourbillon de méca flu et le vecteur rotation-instantané de mécanique du solide. rot(grad)=0 : écoulement irrotationnel = écoulement potentiel
Tubes de courant. Tronçon de tube de courant.
Débits de volume, de masse : expression par les flux et généralisation à toute grandeur G
Cas de systèmes ouverts traversés par un système fermé (une entrée et une sortie)
Relations entre les variations de grandeur du système fermé et celles du système ouvert.


Distribution du sujet de
TP Méca flu sur ordi et du TD MF2 (écoulements et Bernoulli)

Lundi 11 janvier 2016

• 8h-10h :

Retour sur Euler et Lagrange : avantages et inconvénients de chacune des descriptions
vitesse lagrangienne = vitesse d’une particule en la suivant dans son mouvement
vitesse eulériene = champ des vitesses
équation de lignes de courant ≠ équation de trajectoire dans le cas des régimes instationnaires
Ecoulements particuliers : uniformes, stationnaires, incompressibles, irrotationnels.
L’opérateur rotationnel : définition locale, interprétation tourbillonaire, forme intégrale : Théorème de Stokes
Orientation relative d’une circulation de champ vectoriel et du flux de rotationnel au travers une surface porté par le contour
Expression du rotationnel en coordonnées cartésiennes


• 15h-17h : TIPE

Vendredi 8 janvier 2016

• 10h-12h : Chapitre MF (fin de la statique et début de la cinématique des écoulements)

- On revient sur la démonstration de l’évolution verticale de la pression dans un modèle d’atmosphère GP isotherme
Application : Exercice 1 : Atmosphère polytropique
Comparaison d’un modèle à des mesures réelles
(atmosphère sensiblement adiabatique)

- Poussée d’Archimède : identification au torseur des actions de pression, énoncé du théorème.

- Cinématique des écoulements fluides :
Descriptions Lagrangienne et Eulérienne (film de 10’ illustrant ces notions)


• 13h-17h :
TP de Première série tournante : Optique et thermique (3eme séance)

TP A1 : Michelson (réglages)

TP B1 : Interférences de fentes d’Young (avec capteur CCD caliens)

TP C1 : Conduction thermique dans des barres métalliques
(détermination de la diffusivité du matériau, de sa conductivité puis de sa capacité thermique)


TPD1 : Calorimétrie de réactions chimiques


Travaux en cours : Préparer pour mercredi 13 janvier les exercices 6,4,2 du TD MF1 (dans cet ordre)

Mercredi 6 Janvier 2016

  • 13h-17h (TD 2*2h)

Cas d’une pression uniforme sur la surface délimitant le morceau de fluide
Résultante nulle si une surface est fermée
Démonstration par la « formule du gradient » (forme dérivée de Green Ostrogradski)
Démonstration de la forme locale de la relation fondamentale de la statique des fluides
- par les cartésiennes
- de manière générale
Application au torseur des actions de pression sur un barrage plan (notion de point d’application pour un torseur glisseur)
Gradient de pression du à la pesanteur
Augmentation de la pression avec la profondeur dans un fluide incompressible
Cas d’un fluide GP compressible (équilibre d’un atmosphère isotherme) : forme Maxwell-Boltzmannienne de l’évolution de pression
Interprétation de cette « répartition » des populations de particules de gaz : équilibre entre une énergie ordonnante (pesanteur) et une énergie désordonnante (agitation thermique)

Lundi 4 Janvier 2016

• 8h-9h : Interrogation de cours N°7 : Questionnaire Vrai-Faux sur l’optique physique
Corrigé oral immédiat

• 9h-10h :
Chapitre MF : Statique des fluides

Rappels sur l’état fluide (définition, pression cinétique locale et température cinétique locale)
Dimensionnement de l’échelle mésoscopique (cas GAZ et cas LIQUIDE)
Expression de la contrainte normale de pression
Résultante des actions pressantes (surface ouverte et surface fermée)
Cas d’une pression uniforme sur la surface délimitant le morceau de fluide

Le DV est ramassé
Les
documents de cours sur le chapitre MF sont distribués (plan et diaporama)
Le
corrigé du DV, le TD MF1 et l’interro7 corrigée sont distribués l’après-midi


• 15h-17h : TIPE : On fait le point sur l’avancement des différents groupes de travail