COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO ACTIVITÉS 1 L INTENSITÉ D UN COURANT 2 LA TENSION ÉLECTRIQUE 3 RÉSISTANCE ÉLECTRIQUE LOI D OHM 4 PUISSANCE ÉLECTRIQUE 5 L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 6 L EFFET JOULE LOI DE JOULE 1

2 Activité 1 OBJECTIFS Connaître la grandeur et l unité de l intensité électrique. Faire un schéma d un circuit électrique et indiquer le sens du courant 1- Sens du courant et Nature du courant De nombreuses expériences on montré que le courant électrique est dû au déplacement des électrons libres de la borne négative vers la bornes positive du générateur. Le sens conventionnel du courant : sens contraire du sens des électrons. 2- Comment mesurer une intensité électrique Ecran Calibre de l ampèremètre Sélecteur rotatif Bornes de l ampèremètre L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que AMPEREMETRE 1 Symbole de l ampèremètre : A 2 Branchement : Toujours en série dans le circuit 3 Différents calibres utilisés : 10 A ; 200 ma ; 20 m A 3- Mesurer l intensité du courant dans un circuit Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 4- Grandeur et unités La grandeur mesurée est l intensité et l unité est l Ampère de symbole : A Multiple et sous multiple : le milliampère (ma) ; 1 A 1000 ma 2

3 Activité 2 OBJECTIFS Connaître la grandeur et l unité de la tension. Faire un schéma d un circuit électrique. 1- Comment mesurer une tension électrique Ecran Alternatif / Continu Calibre du voltmètre Sélecteur rotatif Bornes du voltmètre L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que VOLTMETRE 1 Symbole du voltmètre : 2 Branchement : Toujours aux bornes d un récepteur. V 3Différents calibres utilisés : 600 V ; 200 V ; 20 V ; 2 V 2- Tension aux bornes d un dipôle Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 3- Grandeur et unités La grandeur mesurée est la tension et l unité est le volt de symbole V. Multiple et sous multiple : le millivolt (mv) ; 1 V 1000 mv et le kilovolt (kv) ; 1 kv 1000 V 3

4 Activité 3 OBJECTIFS Connaître la grandeur et l unité de la résistance. Savoir appliquer la loi d Ohm : 1- Rôle d une résistance dans un circuit On réalise un circuit en dérivation contenant deux ampoules identiques. Dans l une des branches, on rajoute une résistance. I 2 G I 1 A1 A2 1-1 En regardant l image attribuer les deux intensités I 1 et I 2 aux deux ampèremètres. 1-2 Conclusion 2- Loi d Ohm appliquée a un dipôle résistif On place dans un circuit en série une pile, une résistance (R), un rhéostat. On mesure l intensité (I) parcourue dans le circuit avec un ampèremètre et la tension (U) aux bornes de la résistance. On fait varier le curseur du rhéostat et l on relève les deux grandeurs électriques U (tension) et I (intensité) aux bornes du dipôle résistif. On trace U en fonction de I. Que constatez-vous? Avec quel modèle mathématique peut-on associé cette courbe. Proposer une conclusion. 4

5 3- Loi d Ohm Pour un conducteur ohmique (résistance ou dipôle résistif ou résistor), l intensité et la tension sont des grandeurs proportionnelles. Symbole U R I Grandeur Tension Résistance Intensité Unité Volt Ohm Ampère (V) ( ) (A) Tu peux mémoriser ce petit triangle, lorsque tu caches avec ton doigt la lettre cherchée, Ce qui te reste d indique la formule à utiliser. 4- Applications Ex n 1 : On applique une tension de 220 V aux bornes d un conducteur d une résistance de 330 Ω. 1 Rappeler la loi d Ohm et exprimer I en fonction de U et R. 2 Quelle est l intensité qui circule dans ce conducteur? Ex n 2 : L intensité qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 Ω, est de 170 ma. Rappeler la loi d Ohm puis calculer la tension appliquée à ses bornes. 5

6 Ex n 3 : Un courant de 33,2 ma traverse un conducteur ohmique, lorsque la tension entre ses bornes est de 9 V. 1 Rappeler la loi d Ohm et exprimer R en fonction de U et I. 2 Calculer la valeur de la résistance du conducteur ohmique. Ex n 4 : Une résistance de 60 est traversée par un courant de 20 ma. 1 Quelle est la tension mesurée a ses bornes? 2 La tension reste constante, que se passe t-il pour l intensité dans le circuit si on augmente la résistance? 3 Même question mais si l on diminue la résistance? 4 Quelle est l intérêt de mettre des résistances dans un circuit? 6

7 Activité 4 OBJECTIFS Connaître la grandeur et l unité de la puissance. Savoir appliquer la relation : 1- Puissance nominale L indication portée sur le culot est la puissance consommée par cette ampoule ou puissance nominale. Indiquer la puissance nominale de cette ampoule. 2- La puissance électrique en courant continu L expression de la puissance électrique est donné par : Tu peux mémoriser ce petit triangle, lorsque tu caches avec ton doigt la lettre cherchée, Ce qui te reste d indique la formule à utiliser. 3- Applications Symbole P U I Grandeur Puissance Tension Intensité Unité Watt Volt Ampère (W) (V) (A) Ex n 1 : Lorsque cette ampoule fonctionne normalement, la tension appliquée est égale à 240 V, l intensité ainsi mesurée est de 250 ma. Calculer la puissance P de cette ampoule. Ex n 2 : Exprimer I en fonction de P et de U, puis calculer l intensité qui circule dans ce fer à repasser. Ex n 3 : Une tension sur une lampe de puissance 1,8 W est parcourue par une intensité de 150 ma. 1 Exprimer U en fonction de P et de I. 2 Calculer la tension U. 7

8 Activité 5 OBJECTIFS Connaître les grandeurs et les unités d énergie électrique. Savoir appliquer la relation : 1- Energie électrique L énergie électrique est calculée en fonction de la durée d utilisation de l appareil. Plus la durée de fonctionnement est grande, plus la consommation énergétique sera importante. L expression de l énergie électrique va dépendre de la puissance de l appareille et du temps d utilisation. Elle est donnée par la relation suivante : symbole W E P t Grandeur Energie électrique Puissance Temps Unités internationales Joule (J) Watt (W) Seconde (s) Unités usuelles Watt.heure Watt Heure (W.h) (W) (h) A retenir : 1 kwh = 1000 Wh Tu peux mémoriser ce petit triangle, lorsque tu caches avec ton doigt la lettre cherchée, Ce qui te reste d indique la formule à utiliser. 2- Applications Ex n 1 : Calculer en Joules l énergie absorbée par un radiateur électrique qui consomme un courant de 3 A sous 230 V pendant 1 heure. 8

9 Ex n 2 : Un élève révise son chapitre de physiques pour le prochain contrôle pendant 1 heure et 30 minutes. Pour cela, il s'éclaire avec une lampe de bureau de 60 W. 1 Calculer, en kwh, l'énergie transférée à cette lampe pendant cette révision. 2 Exprimer ensuite ce résultat en joules Ex n 3 : Calculer la tension d alimentation d une résistance d une bouilloire qui consomme 3,6 kj en une minute avec de 5 A. Aide à la résolution : 1 Convertir l énergie en Joules. 2 Exprimer la puissance P en fonction de l énergie (W E ) et le temps (t). Calculer la puissance (P). 3 Exprimer la tension (U) en fonction de la puissance (P) et l intensité (I). 4 Calculer cette tension (U). Ex n 4 : Calculer le temps de fonctionnement d une lampe qui absorbe 0,2 A sous 230 V si elle consomme Joules. 9

10 Energie électrique Activité 6 OBJECTIFS Etre capable de définir l effet Joule. Savoir appliquer la relation : et 1- Transformation de l énergie électrique Réception de l énergie Convertisseur d énergie Transformation en énergie Que remarque t-on? 2- Loi de Joule Dans un conducteur ohmique (une résistance), l énergie électrique est intégralement transformée en chaleur. Ce phénomène porte le nom d effet Joule. La puissance électrique : et La loi d Ohm : Si l on remplace U par cela donne : Alors Si l on remplace I par cela donne : Alors symbole P R I U Grandeur Puissance Résistance Intensité Tension Unités internationales Watt (W) Ohm ( ) Ampère (A) Volt (V) 10

11 3- Avantages de l effet Joule Chaque fois que toute la puissance dissipée est utilisée pour chauffer : Exemple : Les radiateurs électriques ; les plaques de cuisson ; le ballon d eau chaude ; la cafetière électrique. 4- Inconvénients de l effet Joule Chaque fois que la chaleur n est pas souhaitable. Exemples : Un moteur électrique ; une ampoule électrique On parle alors de puissance perdue par effet Joule : Pertes Joule. 5- Applications Ex n 1 : Une bouilloire contient dans sa cuve une résistance : R = 27. L intensité mesurée lors de son fonctionnement est de 8,6 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule de cette bouilloire. Ex n 2 : Un radiateur électrique est alimenté sous une tension de 230 V. On mesure sa résistance à l aide d un ohmmètre et indique une valeur de 40. Calculer la puissance dissipée. 11

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