Chapitre 3. Electrocinétique. Ressources à acquérir

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Jean-René Alarie
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1 Chapitre 3. Electrocinétique Ressources à acquérir SAVOIR : Représenter par un schéma conventionnel d un circuit électrique élémentaire, préciser le rôle des différents éléments, indiquer le sens des électrons et le sens conventionnel du courant. Citer les différents types de générateurs et de récepteurs et préciser les transformations d énergie qu ils effectuent. Définir en français et en mathématique les grandeurs suivantes : intensité du courant électrique, puissance et tension électrique ; préciser leur unité SI et écrire les relations qui les lient. Définir en français le kwh et calculer son équivalent en joules. Représenter par un schéma un circuit présentant des récepteurs en série ou en parallèle et donner les relations entre les tensions électriques et les intensités des courants. Donner la valeur de la la tension électrique d'une installation électrique domestique. Expliquer la notion de résistance. Enoncer mathématiquement la loi d Ohm. Représenter graphiquement la tension en fonction du courant dans une résistance. Définir l effet joule. Donner l expression mathématique de la puissance thermique d une résistance. Expliquer le rôle et le principe de fonctionnement des éléments suivants: disjoncteur (fusible), prise de terre, et différentiel. SAVOIR-FAIRE Déterminer, à partir d un schéma, si un circuit électrique est susceptible de fonctionner correctement. Résoudre des exercices numériques faisant intervenir les notions de puissance, d intensité du courant électrique, de tension électrique, de résistance électrique et d énergie électrique. Utiliser un multimètre pour mesurer une tension, une intensité de courant, une résistance et la fermeture d'un circuit. Déterminer l énergie électrique consommée par un appareil (en joules et en KWh). Identifier dans un circuit les éléments en série et les éléments en parallèle et donner les relations entre les tensions et les intensités des courants. Déterminer la résistance équivalente d'un assemblage de résistances en série et/ou parallèle. Résoudre des circuits comprenant un assemblage de résistances en série et/ou parallèle. Déterminer le risque électrique encouru par un homme en contact avec un circuit électrique (données fournies). Résoudre des exercices du type de ceux vus au cours.

et le sens conventionnel du courant. Citer les différents types de générateurs et de récepteurs et préciser les transformations d énergie qu ils effectuent.

2 Test formatif Q1 (Savoir). Les deux bornes d'une cellule photovoltaïque sont connectées au moyen de conducteurs aux deux bornes d'une batterie. Ce circuit permet de recharger la batterie à l'aide du rayonnement solaire. Préciser le rôle des différents éléments du circuit au point de vue de l'énergie. Q2 (Savoir). Exprimer les unités des grandeurs ci-dessous à l aide des unités suivantes uniquement (N = newton, C = coulomb, J = joule, m = mètre, s = seconde) Grandeur physique Puissance électrique Tension électrique Intensité courant du Résistance électrique Energie électrique Unité Q3 (Savoir). Le Soleil évapore l'eau à la surface de la Terre. Ensuite, cette eau retombe sous forme de pluie sur les reliefs, puis s'écoule vers la mer en actionnant au passage différentes installations hydroélectriques (barrages). La quantité d'énergie électrique produite par un barrage dépend de deux paramètres : la différence de hauteur entre le bassin de retenue en amont et la rivière en aval du barrage, et le débit de la rivière. Préciser les analogies entre ce circuit hydraulique et le circuit électrique. Q4 (Savoir faire). Le circulateur d'une installation de chauffage domestique a une puissance de 100 W et est connecté sur le réseau(230 V). Le circulateur, comme son nom l'indique, fait circuler l'eau dans l'installation pendant toute la période de l'année où le chauffage est nécessaire. Dans certaines installations cette pompe tourne sans interruption pendant huit mois. Déterminer a) l'intensité du courant dans le circulateur, b) l'énergie électrique consommée par le circulateur durant les huit mois de chauffe. Q5 (Savoir faire). Un étudiant désire réaliser un circuit permettant d'alimenter en électricité deux LEDs ayant les caractéristiques suivantes (1,7 V; 0,25 W) à l'aide d'une pile de 4,5 V. Un interrupteur permet d'allumer et d'éteindre le système et une résistance placée en série permet de limiter l'intensité du courant. a) Réaliser le schéma du circuit électrique. b) Déterminer l'intensité du courant dans la pile. c) Déterminer la valeur de la résistance placée en série. Q6 (Savoir faire). Sur le circuit d une installation électrique domestique (230 V), on branche simultanément un aspirateur de 1600 W et un chauffage électrique réalisé à l'aide d'une résistance de 53 Ω. Le circuit est protégé par un fusible limitant l'intensité du courant à 10 A. Réaliser le schéma du circuit et préciser si le branchement est adéquat. Q7 (Savoir faire). Deux résistances de 4 Ω et 6 Ω sont connectées en parallèle sur une batterie de 12 V. Déterminer la puissance électrique fournie par la batterie. Q8 (Savoir faire). Le moteur d une tondeuse à gazon électrique a une puissance de 900 W. Pour tondre la pelouse d une maison particulière le propriétaire fait tourner la tondeuse pendant 45 minutes. a) Déterminer le coût de l'énergie pour une tonte sachant que le prix du kwh est de 0,20 Euros. b) Lorsque la lame de la tondeuse se bloque, l'intensité du courant qui traverse le moteur augmente de manière considérable et «brule» le moteur. Quel dispositif pourrait protéger le moteur?

Exprimer les unités des grandeurs ci-dessous à l aide des unités suivantes uniquement (N = newton, C = coulomb, J = joule, m = mètre, s = seconde) Grandeur physique Puissance électrique Tension

3 Q9 (Savoir faire). On considère le circuit de résistances ci-contre. a) Représenter par des flèches légendées les courants dans les résistances et dans le générateur et, écrire les relations qui lient ces grandeurs. b) Représenter par des flèches légendées les d.d.p. aux bornes des résistances et aux bornes du générateur et, écrire les relations qui lient ces grandeurs. c) Montrer, en présentant le détail du calcul, que la résistance équivalente de ce circuit de résistance est de 5 ohms. d) Déterminer l'intensité du courant dans le générateur. e) Déterminer l'intensité du courant dans R3. Q10 (FT3). Un générateur électrique réel est tel que la différence de potentiel à ses bornes diminue au fur et à mesure que l intensité du courant fourni par celui-ci augmente (voir graphique ci-contre). Sur un tel générateur, on branche une résistance de 2 Ω. a) Représenter sur le graphique ci-contre la relation tension courant de cette résistance. b) Déterminer la puissance électrique fournie par le générateur lorsque la résistance est connectée à celui-ci. Justifier. Q11 (FT3). Une cafetière électrique connectée à la Terre présente un défaut d'isolement de 500 Ω. La prise de Terre présente une résistance de 30 Ω. L'installation électrique de la cuisine est munie d'un différentiel ayant une sensibilité de 30 ma. Y-a-t-il un risque d'électrisation lorsque l'on touche la machine?

c) Montrer, en présentant le détail du calcul, que la résistance équivalente de ce circuit de résistance est de 5 ohms. d) Déterminer l'intensité du courant dans le générateur.

4 Corrigé du test formatif

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