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bts bat 1991
I : VIDAGE D'UN RÉSERVOIR (9 points)
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Données :
r = 900 kg.m-3
s = 3,0 cm2
g = 9,8 N.kg-l
Le réservoir représenté ci-contre, ouvert à l'air
libre, a pour dimensions :
L = 1,60 m ; l = 0,75 m ; H = 1,00 m.
Il est muni, à sa base, d'un orifice de vidage de section s. Le réservoir est plein de fioul, liquide parfaitement fluide, de masse volumique r.
1. L'orifice est fermé.
1.1 Exprimer littéralement la valeur F de la force que le liquide exerce sur le bouchon de vidange.
1.2 Calculer la valeur numérique de F.
2 L'orifice est ouvert.
On procède au vidage du réservoir.
2.1 La section horizontale du réservoir (L ´ l = S) étant très grande par rapport à la section s de l'orifice de vidage, quelle approximation peut-on faire ?
2.2 Établir l'expression littérale de la valeur c de la vitesse du jet au niveau de l'orifice de vidage lorsque la hauteur du liquide est H (la pression extérieure au niveau de l'orifice est celle de l'air environnant).
2.3 Calculer la valeur numérique de c.
2.4 Exprimer le débit volumique qV en fonction de : H, s, g.
2.5 Calculer la valeur numérique de qV.
2.6 Quelle serait la durée du vidage si ce débit restait constant ?
3) Calcul de la durée théorique du vidage.
Pendant une durée très petite dt la hauteur du liquide dans le réservoir varie de dz.
3.a) Exprimer la variation de volume dv correspondante :
- en fonction de dz.
- en fonction de qv.
3.b) En déduire que
3.c) Sachant qu'une primitive de
est
, montrer, en utilisant l'équation précédente, que la durée théorique du
vidage est voisine de 30 minutes.
3.d) comparer cette valeur à celle trouvée à la question
2.6.
Expliquer cette différence.
La durée réelle du vidage est en fait supérieure à la durée théorique
calculée. Pourquoi ?
II : ECLAIREMENT D'UN PLAN DE TRAVAIL (6 points)
Une
source
lumineuse S éclaire un plan de travail horizontal (P). L'indicatrice d'émission
de cette source est telle que l'intensité lumineuse I dans la direction SA est
: I = I0.cos a,
Io étant l'intensité lumineuse suivant la verticale descendante.
1) Montrer que l'éclairement EA
en A est égal à :
.
On rappelle que si un élément de
surface ds, entourant le point A, reçoit un flux lumineux dF
émis dans un angle solide dW,
l'éclairement correspondant est :
avec dF
= I.dW
l'angle solide dW
est lié à ds par :
2) Calculer I0 pour que l'éclairement en A soit de 200 lx avec h = 1,50 m et a = 25°.
3) Démontrer que le flux total émis vers (P) par cette source a pour expression : F = p.I0.
On rappelle que l'expression d'un angle solide élémentaire de révolution est : dW = 2p.sin a da.
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INCANDESCENCE STANDARD |
HALOGENES |
||
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P (W) |
F (lm) |
P (W) |
F (lm) |
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75 100 150 |
970 1390 2000 |
100 300 500 |
2100 6300 10500 |
4) Choisir, dans le tableau ci-dessous, la lampe permettant d'obtenir l'éclairement souhaité, les conditions d'utilisation et l'indicatrice d'émission étant les mêmes que pour S.
III TRAITEMENT DES EAUX USÉES. (5 points)
Le couple d'oxydo-réduction Cr2O72-/Cr3+ est constitué de l'ion dichromate Cr2O72- et de l'ion chrome Cr3+
1. Nommer les constituants du couple SO42-/SO2.
2. En considérant ces deux couples et l'extrait ci-dessous de la table des potentiels E d'oxydo-réduction, indiquer entre quels réactifs une réaction spontanée peut se produire.
Établir l'équation-bilan de cette réaction.
3. Une usine chimique rejette, par jour, un volume V = 100 m3
d'effluents liquides dont la teneur en ions dichromate est
t = 21,6 mg.l-l.
Quelle masse m de SO2 faut-il utiliser quotidiennement pour transformer totalement les ions dichromate en ions chrome ? (Les ions chrome seront ensuite récupérés pour être utilisés dans certaines industries, des tanneries par exemple).
Masses molaires atomiques :
M(Cr) = 52
g.mol-1 ;
M(O) = 16 g.mol-1 ;
M(S) = 32 g.mol-1 .
