Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Fiche méthode 2
Méthodologie

Résolution d'une équation différentielle

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A
Équation différentielle linéaire d'ordre 1

Pour la spécialité Physique-Chimie de terminale, plusieurs chapitres nécessitent de savoir résoudre une équation différentielle linéaire d'ordre 1, c'est-à-dire une équation qui implique une fonction y et sa dérivée \dfrac{\text{d}y}{\text{d}t} par rapport à une grandeur (le temps dans la plupart des cas étudiés en Physique-Chimie) notée t :
a \cdot \dfrac{\text{d}y}{\text{d}t} + b \cdot y = c
a, b et c : coefficients réels avec a et b non nuls
y : fonction étudiée
\dfrac{\text{d}y}{\text{d}t} : dérivée de la fonction y par rapport au temps t
Cette équation peut être ramenée à l'une des deux formes générales suivantes, en introduisant la notation \lambda désignant une constante caractéristique de l'évolution de la fonction y :
\dfrac{\text{d}y}{\text{d}t} + \lambda \cdot y = A

Dans certains cas, la constante caractéristique est notée \tau et est liée à \lambda par la relation :
\lambda = \dfrac{1}{\tau}

L'équation différentielle prend donc la forme :
\dfrac{\text{d}y}{\text{d}t} + \dfrac{y}{\tau} = A
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B
Solution de l'équation différentielle linéaire d'ordre 1

Les équations présentées précédemment ont pour solution les fonctions f définies par :
f(t) = B \cdot \exp(-\lambda \cdot t) + \frac{A}{\lambda}

B désigne un coefficient réel, dépendant des conditions initiales de la fonction étudiée. On détermine ce coefficient en résolvant l'équation f(t_0) = y_0. Ces fonctions peuvent également être présentées en utilisant la grandeur \tau selon :
f(t) = B \cdot \exp \bigg( -\dfrac{t}{\tau} \bigg) + \tau \cdot A
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C
Exemple : décroissance radioactive

L'activité radioactive A d'un échantillon est proportionnelle au nombre de noyaux radioactifs N par la relation :
A = \lambda \cdot N

Toutefois, l'activité A est également définie selon la dérivée temporelle de N :
A = - \dfrac{\text{d} N}{\text{d} t}

D'où l'équation différentielle :
\dfrac{\text{d} N}{\text{d} t} + \lambda \cdot N = 0

Cette équation différentielle a pour solution les fonctions N(t) de la forme :
N(t) = B \cdot \exp (-\lambda \cdot t)

Or, à t = 0 s, l'échantillon possède un nombre N_0 de noyaux radioactifs. Cela se traduit donc par B = N_0, ce qui implique la solution suivante :
N(t) = N_0 \cdot \exp (-\lambda \cdot t)
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Évolution d'une population de noyaux
radioactifs au cours du temps.
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Évolution d'une population de noyaux radioactifs au cours du temps.

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