L ingénierie électrique

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1 Nom : Groupe : Date : CHAPITRE 814 ATS Questions 1 à 21, A à C. Verdict 1 QU EST-CE QUE L INGÉNIERIE ÉLECTRIQUE? (p ) 1. Énumérez cinq objets techniques que vous utilisez tous les jours et qui auraient pu être conçus par des ingénieurs électriciens. Expliquez votre réponse. Réponses variables. Exemple. Un téléphone, un ordinateur, un réfrigérateur, un grille-pain, un plafonnier. Ces objets comprennent tous des circuits électriques qui auraient pu être conçus par des ingénieurs. 2. Quelles sont les principales différences entre les composantes électriques et les composantes électroniques? Les composantes électroniques sont fabriquées à l aide de semi-conducteurs et les composantes électriques sont faites de métaux et alliages conducteurs. Les composantes électroniques sont miniaturisées et nécessitent des courants très faibles, alors que les composantes électriques sont conçues pour faire fonctionner des circuits de plus forte puissance. La commande des signaux électriques est plus fine dans les composantes électroniques, ce qui permet le traitement de l information. 3. De quel outil les ingénieurs électriciens se servent-ils pour illustrer les circuits et les renseignements qui s y rapportent? Un schéma électrique. 4. Les piles sont des sources de courant continu. Les centrales électriques génèrent un courant alternatif. Expliquez la différence entre ces deux sortes de courant. Un courant continu est un courant dans lequel les électrons ne circulent que dans un sens. Un courant alternatif est un courant dans lequel les électrons se déplacent selon un mouvement de va-et-vient. 5. Expliquez pourquoi les affirmations suivantes sont fausses. a) Les électrons circulent de la borne positive d une pile à la borne négative. Le courant électrique circule de la borne positive à la borne négative, mais les électrons circulent dans le sens contraire. 1

2 b) Un circuit électrique n est constitué que de composantes ayant pour fonction de conduire le courant. Les composantes d un circuit électrique ont plusieurs autres fonctions possibles, dont l alimentation, l isolation, la protection, la commande et la transformation d énergie. 2 LA FONCTION ALIMENTATION (p ) 6. Un ingénieur électricien doit choisir une source d alimentation pour du matériel électrique. Quelles sont les sources d alimentation les plus appropriées pour chacun des cas suivants? a) Un matériau d aspect brillant, bon conducteur d électricité. Cellule photovoltaïque. b) Un appareil photo numérique. Pile. c) Un photocopieur. Prise de courant. 7. Trouvez un avantage et un inconvénient pour chacune des sources d alimentation de la question précédente. Cellule photovoltaïque. Réponses variables. Exemples. Avantages : elle peut alimenter un dispositif éloigné d un réseau électrique ; elle ne génère pas de gaz à effet de serre ; elle a une longue durée de vie. Inconvénients : elle dépend de l ensoleillement ; elle est coûteuse. Pile. Réponses variables. Exemples. Avantage : elle est portative. Inconvénients : elle a une durée de vie limitée ; elle est une source de pollution dans les sites d enfouissement. Prise de courant murale. Réponses variables. Exemples. Avantages : c est une source stable ; elle génère peu de gaz à effet de serre (si elle est reliée à un réseau hydroélectrique uniquement). Inconvénients : les appareils ne peuvent être déplacés loin de la source ; ils s éteignent lors des pannes de courant ; l hydroélectricité engendre l inondation de certains territoires. 2

3 3 LES FONCTIONS CONDUCTION, ISOLATION ET PROTECTION (p ) 8. Lesquels des éléments suivants assurent la fonction conduction dans un circuit électrique? Expliquez pourquoi. a) La gaine de plastique d un fil électrique. b) Une vis de métal entourée d un fil électrique dans un interrupteur. c) Le boîtier de céramique d une prise électrique. d) Des fils électriques reliés à une pile. b) et d), car ces éléments permettent la circulation du courant électrique. 9. Pour économiser de l espace à l intérieur d un ordinateur, quel genre de circuit utilise-t-on? Un circuit imprimé. 10. Les fils électriques sont généralement gainés de matière plastique. a) Expliquez pourquoi. Pour empêcher les électrons de quitter les fils et prévenir les chocs électriques. b) Comment se nomme la fonction assurée par la gaine? La fonction isolation. 11. Le fusible et le disjoncteur jouent le même rôle dans les circuits électriques. a) Quelle fonction assurent-ils? La fonction protection. b) Laquelle de ces composantes constitue l option la plus intéressante? Expliquez pourquoi. Réponses variables. Exemple. Le disjoncteur, puisqu il peut être réarmé, tandis que le fusible brûle et doit être jeté après avoir servi. 12. Observez la résistance électrique illustrée ci-contre (voir l illustration en couleurs dans le manuel, p. 479). a) Quelle est la valeur de cette résistance? Ω b) Quelles sont ses valeurs minimale et maximale déterminées par la tolérance? Ω et Ω c) Quelle unité de mesure sert à exprimer la résistance? L ohm (Ω). 3

4 d) Indiquez l un des avantages d utiliser une résistance dans un circuit électrique. Réponses variables. Exemples. Une résistance permet de contrôler l intensité du courant dans un segment du circuit. Elle permet aussi de protéger les composantes sensibles. 4 LA FONCTION COMMANDE (p ) 13. Lorsqu une lampe est éteinte, le circuit électrique qui se rend à l ampoule est-il ouvert ou fermé? Expliquez votre réponse. Le circuit est ouvert, puisque le courant ne circule pas jusqu à l ampoule. 14. Choisissez le type d interrupteur approprié pour remplir les fonctions suivantes. a) L interrupteur doit permettre d ouvrir ou de fermer deux contacts à la fois. Interrupteur bipolaire. b) L interrupteur doit offrir la possibilité d ouvrir l un ou l autre de deux circuits. Interrupteur bidirectionnel. 5 LA FONCTION TRANSFORMATION D ÉNERGIE (p ) 15. Dans chacun des appareils illustrés ci-dessous, l énergie électrique est transformée en une autre forme d énergie. Quelle est la forme d énergie obtenue? A B C Énergie thermique (ou mécanique). Énergie lumineuse. 6 LES COMPOSANTES AYANT D AUTRES FONCTIONS (p ) Énergie sonore. 16. Anaïs conçoit un circuit électrique pour un ordinateur portable. Les pièces de son circuit sont fragiles et elle veut s assurer que le courant qui les parcourra sera stable, même lorsque l ordinateur sera branché sur une prise de courant dont la source fluctue légèrement. Quelle composante électrique devrait-elle placer à l entrée de son circuit? Expliquez brièvement comment fonctionne cette pièce. Un condensateur. Lors des hausses de tension, il accumule des électrons. Lors des baisses de tension, il décharge les électrons qu il a accumulés. 4

5 Nom : Groupe : Date : 17. Quelle unité de mesure utilise-t-on pour exprimer la capacité? Le farad (F). 18. Indiquez trois fonctions assurées par les diodes dans les circuits électriques. Elles empêchent le courant de circuler à l envers dans un circuit. Certaines convertissent le courant alternatif en courant continu. Certaines émettent de la lumière. 19. Le transistor a révolutionné le monde de l électronique. Les ordinateurs ne pourraient pas exister sans eux. a) Quels sont les trois éléments de base du transistor? Le collecteur, la base et l émetteur. b) Quelles sont les deux fonctions que peut accomplir un transistor? Il peut amplifier un courant ou il peut empêcher un courant de passer. c) Quelle est la signification de chacun des chiffres du code binaire? «0» correspond à une absence de courant. «1» correspond au passage du courant. 20. À votre avis, les objets suivants renferment-ils des transistors? Pourquoi? Oui, les objets A et B renferment des transistors puisqu ils traitent de l information. 21. À quoi sert un relais, qu il soit électromagnétique ou à semi-conducteurs? Il sert à isoler électriquement un circuit de commande et un circuit commandé. QUESTIONS SYNTHÈSES A. En arrivant chez un ami, vous appuyez sur la sonnette placée près de la porte d entrée. Un circuit électrique est activé et la sonnerie se fait entendre. a) En appuyant sur le bouton-poussoir (sonnette), vous avez permis la fermeture du circuit électrique. Quelle fonction joue ce bouton dans le circuit? Fonction commande. b) Le bouton-poussoir est recouvert de plastique. Pourquoi? Quelle fonction joue cette petite rondelle de plastique? Elle empêche l usager de s électrocuter. Il s agit de la fonction isolation. 5

6 Nom : Groupe : Date : c) Lorsque les électrons se mettent à voyager dans le circuit, ils traversent un fil électrique embobiné sur lui-même. Au centre se trouve une petite tige de fer. Comment appelle-t-on ce dispositif? Un électroaimant. d) Quelle forme d énergie obtient-on grâce à cette transformation? Énergie magnétique. e) La tige de fer au centre de la bobine est attirée par une plaque de métal. En la heurtant, elle la fait résonner. Quelle est la forme d énergie finale produite par le dispositif? Énergie sonore. f) Une semaine plus tard, vous retournez chez votre ami. Vous cognez à la porte, car la sonnette ne fonctionne plus. Votre ami vous explique que c est depuis le moment où, la veille, il a tenté de brancher une guirlande de lumières pour décorer sa maison. Les ampoules se sont allumées une fraction de seconde, puis elles se sont éteintes. Que lui conseillez-vous de faire? Réarmer le disjoncteur qui contrôle ce circuit électrique. B. Les souris optiques comprennent une diode qui émet une lumière vers la surface plane sur laquelle l usager déplace sa souris. La lumière est réfléchie, puis captée par un détecteur optique. Un microprocesseur analyse l information reçue et détermine le mouvement de la souris. Un signal est envoyé vers l ordinateur, qui déplace le curseur en conséquence. a) Quel type de diode est utilisé dans la souris optique? Une diode électroluminescente. b) Dans une souris, quelle composante assure la fonction isolation? Le boîtier de plastique qui la recouvre. c) Le microprocesseur doit traiter l information captée par le détecteur optique, puis relayer les résultats de son analyse vers l ordinateur grâce à une série de 0 et de 1. Quelle composante permet le traitement de cette information? Le transistor. d) Les résistances utilisées dans la souris sont miniaturisées et numérotées. Une résistance qui affiche l indication 473 a une valeur de , soit Ω. Sur une résistance conventionnelle, de quelles couleurs seraient les trois premières bandes? Jaune Violet Orange. C. Préparez votre propre résumé du chapitre 14 en construisant un réseau de concepts. Voir la section «Réseaux de concepts» dans le guide B. 6

7 Diagnostic 1. D après vous, qu est-ce qui peut rendre difficile le recyclage des déchets électroniques? Réponses variables. Exemples. Le fait que le matériel électronique soit composé de plusieurs petites pièces ; le fait qu il renferme des métaux lourds dangereux pour la santé et difficiles à éliminer. 2. Que pouvez-vous faire personnellement pour réduire l impact des déchets électroniques sur l'environnement? Réponses variables. Exemples. Conserver le matériel électronique le plus longtemps possible ; prendre soin du matériel ; faire des mises à niveau du matériel plutôt que de le remplacer (en augmentant la mémoire de son ordinateur, par exemple). 7