ST / L électricité statique Nom :

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1 ST / L électricité statique Nom : 1. Complétez les phrases suivantes à l'aide des mots suivants: contact électrons (x2) frottant induction négatives neutres (x2) positives protons transfert a) L atome est formé de dans son noyau et d qui gravitent autour du noyau sur la dernière couche électronique. Les peuvent être transférés d un atome à un autre. Les protons portent des charges et les électrons portent des charges. Comme les atomes sont, ils ont autant de protons que d électrons. b) La majorité des objets sont, car ils portent autant de charges positives que de charges négatives. Ils peuvent toutefois échanger des électrons entre eux. On peut provoquer un des charges en la matière, par ou par. 2. Vrai ou faux? a) La charge positive d un objet provient d un transfert de protons. b) La statique se crée davantage par temps humide. c) Le corps humain est un conducteur d électricité. 3. Vincent constate qu un objet est chargé négativement. A-t-il gagné ou perdu des électrons? Expliquez votre réponse. 4. Les cinq sphères suivantes d Alexandre, identifiées A à E, portent une charge électrique. Si la charge de la sphère A est positive, quel est le signe des charges de chacune des autres sphères? Expliquez votre réponse. Observatoire / Guide B

2 5. Après avoir chargé un morceau de tissu, Ariane constate que celui-ci a perdu électrons. Ce tissu est-il positif ou négatif? Expliquez votre réponse. 6. Thomas électrise une tige de cuivre et une tige de plastique à l'aide d'un chiffon de laine. Y aura-t-il autant de statique dans les 2 tiges? Expliquez votre réponse. 7. Indiquez si l électrisation des objets suivants a été obtenue par frottement, par conduction ou par induction. a) Laurence approche un peigne chargé de ses cheveux et ses cheveux se soulèvent sans même qu elle y touche. b) Une certaine quantité de charges est transférée d un corps à un autre. Il en résulte deux corps chargés de mêmes signes. c) Lorsqu'Antoine marche, son corps peut accumuler une charge électrique. 8. Pour nettoyer son trophée en cuivre, Michael le frotte avec un chiffon en laine. Quelle sera la charge des deux objets? Illustrez votre réponse à l aide de la série électrostatique. Pour ce faire, dessinez chaque objet avant et après le frottement. Puis, à l aide d une flèche, indiquez le transfert de charges. Avant le frottement Après le frottement Charge du trophée après le frottement Charge du chiffon de laine après le frottement Observatoire / Guide B

3 Nom : Groupe : Date : ST / Exercice Les circuits électriques 1. Complétez les phrases suivantes à partir des mots ou des groupes de mots ci-dessous. Certains mots peuvent être utilisés plus d une fois. Charges courant en parallèle potentiel chemin circuit circulent conservation de la charge conservation de l énergie continue de circuler conventionnel diminuer disjoncteurs égale embranchement énergie électrique énergie totale acquise énergie totale transférée en série fils intensité du courant mouvement négative partagée positive résistance équivalente résistances s additionne source d énergie électrique une seule valeur. a) Pour que les charges, elles doivent avoir un chemin pour pouvoir décrire une boucle, comme une piste de course. Le circuit leur permet de circuler en boucle et la source de courant, de se maintenir en. Chaque doit posséder au moins les trois composantes suivantes : une afin de créer une différence de potentiel, un ou des éléments qui utilisent de l (par exemple, une ampoule) et des conducteurs qui font le lien entre les éléments et la source de courant. b) Des symboles sont souvent employés pour représenter les circuits électriques. On indique la direction du courant selon le sens, c est-à-dire de la borne vers la borne. c) Les circuits et les circuits sont deux façons de relier les composantes d un circuit électrique. d) Dans un circuit, les composantes sont branchées les unes à la suite des autres. Il n y a pas d, ce qui fait que toutes les charges Observatoire / Guide B 1 Activités de soutien 2 e année du cycle FICHE 22 Les circuits électriques

4 Nom : Groupe : Date : parcourent le même chemin. Si un élément du circuit se brise, le est interrompu. L énergie utilisée par chacune des résistances. L ajout de résistances fait l énergie disponible pour chacune d elles. e) Un circuit possède au moins un embranchement. Ainsi, les peuvent avoir différents parcours. L endroit où un circuit se sépare en deux ou plus est appelé «noeud». Si un élément d un embranchement du circuit se brise, le courant dans les éléments des autres embranchements. L intensité du courant est entre les différentes résistances. 2. Dessinez un circuit en série et un circuit en parallèle qui comprennent une source de courant, deux ampoules et deux résistances. a) Circuit en série b) Circuit en parallèle 3. Les circuits suivants sont-ils en série ou en parallèle? a) b) Observatoire / Guide B 2 Activités de soutien 2 e année du cycle FICHE 22 Les circuits électriques

5 ST / Exercice sur le panneau de montage Nom: Groupe: 5

6 Rappel : Il est possible de faire des modifications sans changer le circuit... 6

7 ST / Exercice pour électricien! Nom: 1. Fais les circuits suivants dans le panneau de montage. Ajoute des fils au besoin. Attention: Tu peux modifier l'emplacement des composantes tout en gardant le même type de branchement. a) b) 2. À partir des situations décrites, dessine le circuit approprié. a) Quand on pèse sur l'interrupteur, 2 ampoules s'allument. Quand on relâche, tout s'éteint. Si une ampoule brûle, l'autre doit pouvoir continuer à briller. Une batterie alimente le tout. b) L'interrupteur 1 contrôle un moteur seulement. L'interrupteur 2 contrôle 2 ampoules seulement. Un fusible protège le circuit qui est alimenté par une prise électrique.

8 3. Écris le fonctionnement du circuit dessiné en incluant toutes les composantes numérotées. a) b) 4. Au magasin, ton petit frère a vu un toutou en forme de chien qui s'animait. Quand il pesait sur une des pattes arrières, la queue du chien bougeait grâce à un moteur. Quand il pesait sur une des oreilles, le nez s'allumait grâce à une ampoule. De plus, 2 piles, cachées dans le ventre, servaient à alimenter le circuit. Illustre le circuit sur le dessin ci-dessous. Attention aux embranchements...

9 NOM : GROUPE : ST / Exercice sur la loi d Ohm 1. Qui suis-je? a) Je suis synonyme de tension électrique ou de voltage. b) Je suis l équation qui exprime la loi d Ohm. c) Je suis le sens du courant qui va de la borne positive à la borne négative. d) Je corresponds à la différence d énergie transportée par les électrons entre deux points d un circuit. e) Je suis l opposition rencontrée par le flux d'électrons le long d un circuit. On me mesure en ohms (Ω ). f) Je corresponds à la quantité d'électrons qui passent dans un conducteur pendant un intervalle de temps donné. On me mesure en ampères (A). g) Nous sommes les quatre facteurs dont dépend la valeur de l énergie électrique fournie à une composante du circuit. 2. Un grille-pain qui fonctionne sous une tension électrique de 120 V est traversé par un courant de 8 A. Quelle est la valeur de la résistance de cet appareil? Réponse : 3. Quelle est la différence de potentiel aux bornes d une résistance de 8 Ω traversée par un courant de 2,5 A? Réponse :

10 4. Branchée à un petit moteur qui a une résistance de 3 ohms, une pile D fournit un certain courant sous une tension électrique de 1,5 V pendant deux heures. Quelle est l intensité du courant fournie par la pile? Réponse : 5. À partir du circuit électrique ci-dessous, trouve la valeur qu'indique l'ampèremètre sachant que la résistance vaut 25 Ohms et que la pile vaut 10 volts. Réponse : 6. À partir du graphique ci-dessous, réponds aux questions suivantes. U (Volts) Résistance A Résistance B I (Ampères) a) Quelle est la valeur des 2 résistances, A et B. Réponse : A = et B = b) Quelle résistance s'oppose le plus au passage du courant?

11 NOM : GROUPE : ST / Exercice sur la puissance et l énergie électrique 1. Quelle est la définition de la puissance électrique? 2. Quelle est l unité de mesure de la puissance? 3. Quelle équation vous permet de calculer la tension d un appareil si vous connaissez sa puissance et l intensité de son courant? 4. Quelle quantité d énergie est utilisée lorsqu un téléviseur de 348 W est en marche de 20 h à 22 h? Laissez une trace de votre démarche dans l encadré ci-dessous. Réponse : 5. Quelle est la valeur de la résistance lorsque de l énergie est produite à une puissance de 200 W et que le courant est de 5 A? Laissez une trace de votre démarche dans l encadré ci-dessous. Réponse : Synergie Univers matériel Concepts 8.8

12 NOM : GROUPE : 6. Quelle puissance est produite lorsqu une tension de 120 V est appliquée à un résisteur de 20 Ω? Réponse : 7. Quelle est l intensité de courant débité par une pile de 12 V si celle-ci est utilisée dans un appareil de 2 W? Laissez une trace de votre démarche dans l encadré ci-dessous. Réponse : 8. Quelle est la consommation d énergie d une pile de 9,6 V qui alimente un circuit dans lequel circule un courant de 5 A pendant 8 minutes? Laissez une trace de votre démarche dans l encadré ci-dessous. Réponse : 9. On branche aux bornes d une pile de 2,6 V un résisteur inconnu; la puissance dissipée est alors de 0,45 W. On branche ensuite ce même résisteur aux bornes d une pile de 7,2 V. Dans ce cas, quelle sera la puissance dissipée? Laissez une trace de votre démarche dans l encadré cidessous. Réponse : Synergie Univers matériel Concepts 8.8

13 ST / Le coût de l'énergie Nom: 13

14 Trouve la réponse en Wh. 14

15 ST / L'énergie en J et en kwh Nom : Gr : 1. Quelle quantité d énergie électrique, en joule, consomme un appareil de 100 watts pendant 60 secondes? 2. Un appareil est parcouru d un courant de 0,5 A et est soumis à une tension de 120 V. S il fonctionne pendant 30 secondes, quel est le nombre de joules utilisés? 3. Une résistance de 300 ohms est utilisée pendant 5 minutes. Si la différence de potentiel est de 120 volts, quelle quantité d énergie électrique consomme-t-elle? a) En joule b) En watt-heure c) En kilowatt-heure Document préparé par Francis Lapointe, 2013

16 4. Quelle est la valeur d une résistance soumise à un voltage de 120 V si elle est utilisée pendant 1 h 5 min et qu elle consomme J? 5. Si une radio de 160 watts reste allumée pendant 10 heures, combien d énergie électrique a-t-elle consommée en kwh? Combien coûtera son utilisation sachant que 1 kwh = 0,07 $? 6. Afin de profiter d une remise postale, ton père décide de changer l ampoule incandescente de 60 W par une ampoule fluocompacte homologuée ENERGY STAR de 15 W. Cette ampoule est utilisée 10 heures par jour en moyenne. En un an, combien d argent ton père aura-t-il économisé grâce à ce changement? 7. Les ampoules incandescentes sont très énergivores, car elles consomment beaucoup d énergie pour la quantité de lumière produite. Calcule le rendement énergétique sachant qu une ampoule consomme 850 joules et utilise seulement 230 joules pour produire de la lumière. Document préparé par Francis Lapointe, 2013

17 ST / Le rendement énergétique 1. Complétez les phrases suivantes. Nom : a) Le rendement énergétique d une machine ou d un système est le pourcentage de l énergie qui est transformé en énergie. b) La valeur du rendement énergétique d une machine est toujours à 100 %. c) L équation qui permet de déterminer le rendement énergétique d un système s écrit : d) Dans une ampoule à incandescence, seulement 5% de l énergie consommée par l ampoule est transformée en énergie utile. 2. Un radiateur électrique consomme une énergie de 4 MJ. Calculez son rendement énergétique si le local où il se trouve n a reçu que 3,5 MJ. Laissez une trace de votre calcul dans l encadré cidessous. Rappel: 1 MJ = J Réponse :

18 3. Un panneau solaire (photovoltaïque) dont le rendement énergétique est de 17 % possède une surface de15 m 2. Sachant que le rayonnement solaire procure en moyenne, chaque seconde, 0,2 kj/m 2 et que le panneau fonctionne 12 heures par jour, calculez l énergie électrique produite par ce panneau. Laissez une trace de votre calcul dans l encadré ci-dessous. Rappel: 1 KJ = J Réponse : 4. Pour soulever une charge de 14 tonnes à une hauteur de 10 m, une grue consomme 2,70 MJ d'énergie. Or, pour soulever cette charge, MJ sont nécessaires seulement. Quel est le rendement de cette grue? Laissez une trace de votre calcul dans l encadré ci-dessous. Réponse sans TMS: Réponse avec TMS : 5. Dans le pendule de Newton, le mouvement se poursuit après qu'on eut fourni de l'énergie au système en soulevant l'une des billes, mais il finit toujours par s'arrêter. Expliquez pourquoi.

19 ST / Révision sur l électricité Nom : Gr : Conducteurs et isolants 1- Les éléments suivants sont-ils des conducteurs ou des isolants? a) Eau du robinet : b) Céramique : c) Bois : d) Eau salée : e) Eau distillée : f) Air : g) Verre : h) Nickel : Composantes d un circuit électrique 2- Complète le tableau suivant : Composantes Symbole Fonction électrique Fusible Ampoule Résisteur Types de circuits 3- a) Le circuit ci-dessous est-il en série ou en parallèle? b) Ajoute un fusible afin de protéger tout le circuit. c) Ajoute un interrupteur pour contrôler les ampoules 2, 3 et 4. d) Ajoute un ampèremètre et un voltmètre pour mesurer l'ampoule 1. 1

20 Types de courant 4- Dans une pile, le courant est-il alternatif ou continu? Explique ce que cela signifie. 5- Est-il possible de transformer du courant alternatif et courant continu? Si cela est possible, explique comment le transformer. Oui Non Si oui, comment nomme-t-on l'appareil qui convertit ce courant? Les 4 facteurs de la conductibilité 6- La nature du fil et la température du fil sont deux facteurs de conductibilité. Nomme deux autres facteurs de conductibilité. 7- Lorsqu un fil est long, conduit-il mieux le courant? Oui Non Pourquoi? Appareils de mesure du courant 8- Complétez le tableau suivant. Dimension Symbole de la dimension Unité de mesure + symbole Synonyme L'intensité du courant Différence U de potentiel Ohms (Ω) Résistance 2

21 Loi d Ohm 9- Est-ce que la présence d'une résistance ralentit ou accélère le courant électrique? 10- Imagine un circuit fait d une pile, de fils et d une ampoule. Si tu doubles la différence de potentiel, qu observes-tu de différent? Qu advient-il de l intensité du courant? Observation : Intensité du courant : 11- Ton fer à friser fonctionne sous 120 V et sa résistance interne est de 85 Ω. Quelle est l intensité du courant qui traverse ton fer à friser? Fais une démarche complète. Réponse : 12- Dans le rectangle de droite, dessine le circuit électrique qui correspond à l énoncé suivant : «Une ampoule allume. En appuyant sur un interrupteur, une 2 e ampoule s allume. Une prise électrique alimente le circuit.» 13- Décris le circuit électrique suivant : 3

22 14- Dans ta maison, tu peux allumer ou éteindre ta lumière du sous-sol si tu es situé au rez-de-chaussée grâce à un interrupteur. Tu peux aussi allumer ou éteindre cette lumière si tu es au sous-sol grâce à un autre interrupteur. Sachant que ce circuit est alimenté par un courant alternatif, dessine le circuit électrique qui illustre cette situation. 15- Les questions suivantes portent sur un résisteur. a) À partir du tableau ci-dessous, détermine la valeur du résisteur utilisé. Différence de potentiel (volts) Intensité du courant (ampères) ,4 0,6 1,2 b) Détermine lequel des 2 résisteurs s oppose le moins au passage du courant. Un résisteur de 50 ohms ou un résisteur de 200 ohms? Explique ta réponse. Fonctions électriques 16- Nommez la fonction électrique de chacune des composantes suivantes : a) Disjoncteur : b) Fils de cuivre : c) Prise électrique : d) Interrupteur : e) Moteur: f) Caoutchouc sur les fils: 4