Sujet Physique-Chimie — Terminale — Liban — Bac 2022

EXERCICE 1 commun à tous les candidats (10 points) QUELQUES UTILISATIONS DU CONDENSATEUR Cet exercice s’attache à présenter deux applications des condensateurs. Partie 1. La balance capacitive Dans la vie quotidienne, certaines balances électroniques utilisent un capteur à capacité variable afin de mesurer la masse des objets. Pour comprendre le fonctionnement d’un tel dispositif, on envisage dans cette partie une modélisation très simplifiée dans laquelle la balance est modélisée par un condensateur comportant une armature mobile reliée au plateau de pesée et une armature fixe reliée au support de la balance. Modélisation simplifiée d’une balance de laboratoire Le modèle étudié est schématisé ci-dessous. Lorsque la balance est à vide (sans masse sur le plateau), la distance entre les deux armatures est notée e . Lorsqu’un objet de masse M est posé sur le plateau de pesée, les armatures du 0 condensateur se rapprochent, modifiant alors la valeur de sa capacité C. Les deux armatures ne peuvent pas entrer en contact grâce à la présence de petites butées de taille négligeable devant e . 0 La mesure de la capacité C par un dispositif électronique permet alors de déterminer la masse M de l’objet. 22-PYCJ2LR1 Page 2 sur 16 Capacité d’un condensateur plan On admet que la capacité du condensateur plan décrit ci-dessus s’écrit :  22-PYCJ2LR1 Page 3 sur 16 C = 0 r S e . Avec : − C : capacité du condensateur en Farad (F) ; − S : superficie des armatures ; − ɛ : permittivité diélectrique du vide ɛ = 8,85×10-12 F·m-1 ; 0 0 − ɛ : permittivité diélectrique relative de l’isolant entre les armatures. r Pour l’air : ɛ = 1,0 ; r − e : distance entre les 2 armatures ; − e = 1 cm. 0 1. Domaine d’utilisation de la balance 1.1. Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur lorsque la balance est à vide. On 0 suppose que ɛ = 1,0. Commenter. r 1.2. Préciser si la capacité du condensateur augmente ou diminue lorsque l’on place une masse sur le plateau. Justifier qualitativement la réponse. 1.3. Lorsqu’un objet de masse M est posé sur le plateau, la distance entre le plateau et le support passe de D à D et le plateau exerce sur l’objet une action modélisée par une force F dirigée 0 vers le haut. La valeur de cette force est donnée par la relation