موضوع امتحان شهادة التعليم المتوسط BEM 2023 في العلوم الفيزيائية مع الحل — البيام — المنهاج الجزائري

الجزء الأول: (12 نقطة)

التمرين الأول: التركيز والكتلة الحجمية (06 نقاط)

في مخبر الكيمياء، نريد تحضير محلول سكري بتركيز معين. لدينا سكر (السكروز C₁₂H₂₂O₁₁) وماء مقطر.

1. أحسب الكتلة المولية للسكروز (C₁₂H₂₂O₁₁). المعطيات: C=12 g/mol, H=1 g/mol, O=16 g/mol. (1 ن)
2. أحسب كتلة السكر اللازمة لتحضير 500mL من محلول سكري بتركيز C = 0.2 mol/L. (1.5 ن)
3. أكتب بروتوكول التحضير خطوة بخطوة. (1.5 ن)
4. إذا أخذنا 200mL من هذا المحلول وأضفنا إليه 300mL من الماء المقطر، أحسب التركيز الجديد للمحلول المخفف. (1 ن)
5. أحسب الكتلة الحجمية للمحلول المحضر إذا علمت أن كتلة المحلول الكلية هي 560g. (1 ن)

التمرين الثاني: العدسات والتكبير (06 نقاط)

نضع جسماً طوله AB = 2cm على بعد p = 15cm من عدسة محدبة (مجمعة) ذات بعد بؤري f’ = 10cm.

1. ما نوع هذه العدسة؟ ما استخداماتها في الحياة اليومية؟ (1 ن)
2. أحسب المسافة البؤرية (f’) والعمود البصري (F). (1 ن)
3. استعمل العلاقة: 1/f’ = 1/p + 1/p’ لحساب موقع الصورة p’. (1.5 ن)
4. أحسب التكبير الخطي γ (جاما) وحجم الصورة A’B’. (1.5 ن)
5. ادرس طبيعة الصورة (حقيقية أم خيالية، مقلوبة أم معتدلة). (1 ن)

✅ الحل النموذجي

التمرين الأول:

1. M(C₁₂H₂₂O₁₁) = 12×12 + 22×1 + 11×16 = 144 + 22 + 176 = 342 g/mol.
2. n = C × V = 0.2 × 0.5 = 0.1 mol. m = n × M = 0.1 × 342 = 34.2 g.
3. بروتوكول التحضير: (1) نزن 34.2g من السكر في كأس زجاجي باستخدام ميزان حساس. (2) نضيف كمية قليلة من الماء المقطر ونحرك حتى الذوبان الكامل. (3) ننقل المحلول إلى دورق عياري سعة 500mL. (4) نغسل الكأس بالماء المقطر ونضيف ماء الغسيل إلى الدورق. (5) نكمل الحجم بالماء المقطر حتى خط العيار (500mL). (6) نسد الدورق ونقلبه عدة مرات للتجانس.
4. C₁V₁ = C₂V₂ → 0.2 × 200 = C₂ × 500 → C₂ = (0.2 × 200)/500 = 40/500 = 0.08 mol/L.
5. ρ = m/V = 560/500 = 1.12 g/mL (أو 1120 g/L).

التمرين الثاني:

1. عدسة محدبة (مجمعة). استخداماتها: النظارات الطبية لتصحيح طول النظر، العدسات المكبرة (لوب)، الكاميرات، المجاهر، التلسكوبات.
2. f’ = 10cm. نقطة F’ على بعد 10cm من مركز العدسة على الجانب الآخر للجسم، وF على بعد 10cm من جهة الجسم.
3. 1/p’ = 1/f’ – 1/p = 1/10 – 1/15 = (3-2)/30 = 1/30 → p’ = 30cm (الصورة على بعد 30cm خلف العدسة).
4. γ = -p’/p = -30/15 = -2 (إشارة سالبة تعني صورة مقلوبة). حجم الصورة: A’B’ = |γ| × AB = 2 × 2 = 4cm.
5. الصورة حقيقية (لأن p’ > 0)، مقلوبة (لأن γ سالب)، مكبرة (لأن |γ| > 1).

الجزء الثاني: مسألة (08 نقاط)

في محطة توليد الكهرباء، تستخدم توربينات بخارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية. قدرة المحطة P = 500 MW وكفاءتها η = 35%.

1. ما مصدر الطاقة الأولي في هذه المحطة؟ (1 ن)
2. أذكر سلسلة التحويلات الطاقة في محطة توليد كهرباء بخارية. (1.5 ن)
3. احسب الطاقة الكهربائية المنتجة في 24 ساعة (بالجول والـ kWh). (2 ن)
4. احسب الطاقة الحرارية اللازمة لتوليد هذه الطاقة الكهربائية. (1.5 ن)
5. ما مصير الـ 65% المتبقية من الطاقة؟ (1 ن)
6. اقترح طريقتين لتحسين كفاءة المحطات الحرارية وتقليل التلوث. (1 ن)

✅ حل المسألة:

1. مصدر الطاقة الأولي: الوقود الأحفوري (الغاز الطبيعي، الفحم، أو البترول) أو الطاقة النووية (اليورانيوم).
2. سلسلة التحولات: طاقة كيميائية (احتراق الوقود) → طاقة حرارية (تسخين الماء وإنتاج بخار) → طاقة حركية (دوران التوربين) → طاقة كهربائية (المولد الكهربائي).
3. P = 500 MW = 500 × 10⁶ W = 5 × 10⁸ W. t = 24h = 86400 s.

   Eélec = P × t = 5×10⁸ × 86400 = 4.32 × 10¹³ J.

   Eélec (kWh) = 500000 kW × 24h = 12,000,000 kWh = 12 GWh.

4. η = Eélec / Etherm × 100 → Etherm = Eélec / η × 100 = 4.32×10¹³ / 35 × 100 = 1.234 × 10¹⁴ J.
5. الـ 65% المتبقية تضيع على شكل حرارة ضائعة تنتقل إلى الوسط الخارجي (مياه التبريد، المداخن)، وهي طاقة غير مستغلة تلوث البيئة حرارياً.
6. تحسين الكفاءة: (1) استخدام تكنولوجيا الدورة المركبة (توربين غازي + توربين بخاري) لاسترجاع جزء من الحرارة الضائعة. (2) عزل الأنابيب لتقليل الفقد الحراري. (3) استخدام الطاقة المتجددة (شمسية، ريحية) كبديل أو مكمل. (4) تطوير أنظمة التبريد الأكثر كفاءة.