PRÉTEST A L électricité : êtes-vous au courant? SCP-4011

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Damien Ducharme
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1 Question. Indiquez si les matériaux ci-dessous sont conducteurs, isolants, conducteurs résistifs ou semiconducteurs. Fils de cuivre d une maison Bornes en porcelaine sur certains pylônes électriques Fil de mise à la terre de certains appareils électriques Espace d air entre deux bornes électriques Élément chauffant en nichrome Puce électronique en silicium Plastique de la plaque d un circuit imprimé conducteurs isolants conducteurs isolants conducteurs résistifs semi-conducteurs isolants Question.2 Complétez le tableau suivant en indiquant s il s agit de courant alternatif ou de courant continu. Utilisation ou caractéristique Lampe de poche Le courant voyage toujours dans le même sens Courant continu Courant alternatif Circuit électrique d une automobile Je suis une vibration de charges électriques dont la fréquence peut s exprimer en Hertz Chauffage électrique central d une maison 2/09/07

2 Question.3 Indiquez l ordre chronologique dans lequel les événements ci-dessous se sont produits. Ordre Événement 3 Volta découvre la pile électrique 6 Découverte de l électron Thalès découvre l électricité statique avec l ambre jaune et des brindilles de paille. 2 Coulomb met au point un système de mesure de la force électrique. 4 Faraday découvre l induction électromagnétique. 5 Bell invente le téléphone Référence : p. 6.9 Question 2. Dans le circuit ci-dessous, dessinez la position des appareils et le type de branchement que vous utiliseriez pour mesurer : la DDP de la source l intensité du courant dans R3. A V V R2 R3 R A 2/09/07 2

3 Question 2.2 Une batterie de 3 Ah alimente une lampe de poche avec un courant de 0,3 A. Des amateurs de plein air partis faire du camping pour 5 nuits pourront utiliser cette lampe de poche en moyenne combien d heures par soir s ils n ont aucune batterie de rechange? Laissez la trace complète de votre démarche. Q = I t 3 Ah = 0,3 A t t = 0 h 0 h / 5 soirs = 2 h / soir Question 2.3 Dans un circuit simple, un résistor produit un courant de 6 A. Que devient le courant de ce circuit si on triple la valeur du voltage de la source sans changer la valeur de la résistance équivalente? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. I U = R 3U U I = = 3 = 3I R R 2 I = 3i6 A = 8 A 2 Question 2.4 La résistance d un fil d aluminium de 7 m est de 0,5 Ω. Si sa longueur est réduite de moitié et que sa section est doublée, calculez la nouvelle résistance en ohms. Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. R = ρ L A L ρ = 2 ρ L R = = R 2A 4 A 4 2 R2 = 0,5 Ω = 0, 038 Ω 4 2/09/07 3

4 Question 2.5 Calculez, en kilowattheures, l énergie électrique dépensée par une cuisinière en 3 heures. La cuisinière utilise un courant de 52,5 A sous une tension de 240 V. Laissez la trace complète de votre démarche. P = U I = 240V 52, 5A = W E = P t = W 3 h = Wh = 37,8 kwh Question 2.6 Les tuiles du plancher des salles d opération sont conductrices et reliées à une mise à la terre. Pourquoi? Pour que le chirurgien n accumule pas de charges statiques et qu il ne blesse pas le patient par une micro-décharge. Question 2.7 La force électrique entre 2 charges se trouvant à une certaine distance l une de l autre est de 0,67 N. Que devient la valeur de cette force si la distance entre les deux charges est triplée? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. F k Q Q = d 2 2 k QQ2 k QQ2 F = = = F 2 2 (3d ) 9 d 9 2 F2 = 0,67 N = 0,074 N 9 2/09/07 4

Question 2.8 La figure suivante illustre deux aimants se faisant face. Tracez les lignes de champ magnétique entre eux et indiquez s ils s attirent ou se repoussent. Question 3.

5 Question 2.8 La figure suivante illustre deux aimants se faisant face. Tracez les lignes de champ magnétique entre eux et indiquez s ils s attirent ou se repoussent. Question 3. Associez les termes de gauche aux définitions de droite. Termes Définitions. Batterie 9V a) Je suis un appareil consommateur d énergie. 2. Ampèremètre b) Je mesure un débit. 3. Résistor c) Source de courant coutinu. 4. Fil conducteur d) Élément chauffant. 5. Voltmètre e) Je conduis très bien le courant. 6. Ampoule f) Je dois être branché en parallèle. c - 2b - 3d - 4e - 5f - 6a Question points a) Un petit ventilateur portatif nécessite une f.ém. de 6 V. Comment doit-on brancher des piles de,5 V afin de faire fonctionner le ventilateur? Expliquez votre réponse. Les piles, au nombre de 4, doivent être branchées en série car avec un tel type de branchement, les f.é.m. s additionnent. b) Expliquez comment brancher trois piles de,5 V afin de tripler l intensité du courant produit par une seule. Il faut relier les trois piles en parallèle car dans un tel branchement, la réserve de charges sera triplée et la durée de vie sera donc également triplée. 2/09/07 5

6 Question 4. 8 points À l aide de la figure suivante, trouvez les valeurs de I, I2, I3 et I4. 2V I I2 I3 3 I4 6 9 Puisqu il s agit d un circuit en parallèle : U2 = U3 = U4 = f.é.m. = 2 V et I = I2 + I3 + I4 I2 : U = R I 2 V = 3 Ω I2 I2 = 4 A I3 : U = R I 2 V = 6 Ω I3 I3 = 2 A I4 : U = R I 2 V = 9 Ω I3 I3 =,3 A I: I = I2 + I3 + I4 4 A + 2 A +,3 A = 7,3 A 2/09/07 6

7 Question points La figure ci-dessous représente un circuit mixte a) Dans quel(s) résistor(s) y a-t-il le plus petit courant non nul? Justifiez votre réponse. Aucun courant ne circule dans le résistor de 4 ohms puisque l interrupteur est ouvert. Ainsi, ce circuit mixte ne contient qu une seule portion parallèle où le courant se divise. La tension étant la même dans les 2 résistors, c est donc dans celui de 2 ohms que circule le plus petit courant car plus la résistance est élevée, plus le courant diminue. b) Dans quel(s) résistor(s) y a-t-il le plus grand voltage? Justifiez votre réponse. La résistance équivalente de la portion en parallèle est inférieure à 2 ohms et la tension aux bornes de ces 2 résistors est la même. Ainsi, c est le résistor de 5 ohms qui demande le plus de tension car c est celui qui possède la plus grande résistance dans le circuit simplifié en série. 2/09/07 7

8 Question 5. Donnez un avantage et un inconvénient pour chaque type de source mentionné ci-après. Type de source Avantage Inconvénient Pile ordinaire Coût peu élevé Dure moins longtemps Se décharge lorsque non utilisée Pile alcaline Dure plus longtemps Peut fournir un fort débit sur une courte période Coût plus élevé Se décharge peu si non utilisée Pile rechargeable Rechargeable des milliers de fois Effet mémoire Le cadmium est toxique pour l environnement Question 6. Dans une ligne de transport à haute tension, est-ce que la perte par effet joule serait plus grande ou plus petite si la tension passait de 300V à 00 kv? Justifiez votre réponse à l aide des formules appropriées. Par P = U I, si la puissance émise est constante et que la tension augmente, alors l intensité diminue. Par P = R I 2, si l intensité diminue et que la résistance est constante, alors la puissance perdue par effet Joule diminue. Ainsi, en augmentant la tension de 300 V à 00 kv, la perte par effet joule est plus petite. 2/09/07 8

9 Question 6.2 Complétez le schéma de branchement sachant que : La prise A est une prise double à 2 circuits indépendants; La prise B est une prise double à un seul circuit. -20V 20V Prise A 0V Prise B Question 6.3 Pourquoi les prises de courant d une cuisine sont-elles branchées sur plusieurs circuits séparés? Car les appareils utilisés sont de grands consommateurs d énergie et pour ne pas surutiliser les circuits, il est préférable que chaque prise soit indépendante. 2/09/07 9

10 Question 6.4 Soit un transformateur de petit magnétophone pour enfants branché au 20 V qui permet d obtenir 6 V à la sortie. a) De quel type de transformateur s agit-il? Expliquez. Un dévolteur, car la tension à la sortie est plus petite. b) Si le nombre de tours à la sortie est de 50, donnez le nombre de tours à l entrée. U N 20 V N = = N = 3000 tours U N 6 V 50 tours 2 2 N.B. Le rapport du nombre de tours est directement proportionnel au rapport des tensions. c) Si le courant à l entrée est de 0,5A, quel est le courant à la sortie? U I2 20 V I2 = = I2 = 0 A U I 6 V 0,5 A 2 N.B. Le rapport des intensités est inversement proportionnel au rapport des tensions. Question 6.5 Une famille ayant de très jeunes enfants utilise des bouchons à prise de courant. Pourquoi? Pour éviter que les enfants ne s électrocutent en insérant de petits objets dans les prises de courant. 2/09/07 0

11 Question 6.6 Parmi les énoncés ci-dessous, indiquez celui ou ceux qui s applique(nt) au moteur électrique. a) L énergie électrique est convertie en énergie mécanique. b) Une bobine placée dans le champ magnétique d un aimant et parcourue par un courant entraîne un mouvement de rotation. c) Le rotor est la partie fixe d un moteur électrique. d) Sa puissance est proportionnelle au nombre de tours d enroulement de la bobine. e) Convertit le courant continu en courant alternatif. Question 6.7 Décrivez le fonctionnement d une chaîne de peinture électrostatique. La pièce à peinturer est chargée négativement et la poudre de peinture est chargée positivement. La poudre est attirée vers la pièce et il y a peu de perte de poudre. 2/09/07

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