Activité expérimentale n 1 : circuit électrique de chauffage d une habitation.

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1 Noms : Prénoms : Classe : Sujet à rendre obligatoirement avec le compte- rendu de TP Activité expérimentale n 1 : circuit électrique de chauffage d une habitation. Barème S approprier /3,5 Communiquer /3,5 Mobiliser /0,5 Valider /3 Analyser /2 Réaliser /7,5 Total : /20 Questions Capacités attendues Compétence visée Points attribués 1.1 Exprimer une problématique. S approprier /0,5 1.2 En déduire une question scientifique S approprier /0,5 1.3 Reformuler par un schéma S approprier /0,5 1.4 Mobiliser ses connaissances Mobiliser /0, Réaliser un circuit électrique d après Réaliser /0,5 un schéma donné Mettre en œuvre un protocole Réaliser /0, Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Noter des observations S approprier /0, Confronter un modèle à des résultats Valider /1 expérimentaux Effectuer des calculs Réaliser /0, Réaliser un circuit électrique d après Réaliser /0,5 un schéma donné Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Interpréter des résultats. Valider /0, Extraire des informations S approprier /0, Exploiter des résultats Analyser /0, Interpréter des résultats. Valider /0, Confronter un modèle à des résultats Valider /0,5 expérimentaux Rédiger une synthèse. Communiquer /0, Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /0, Extraire des informations S approprier /0, Exploiter des résultats Analyser /0, Confronter un modèle à des résultats Valider /0,5 expérimentaux Présenter sous une forme appropriée. Communiquer /0, Proposer une stratégie de résolution de Analyser /1 problème Faire un schéma adapté Réaliser /0, Mettre en œuvre un protocole Réaliser / Noter des résultats. S approprier /0,5 4.1 Effectuer des calculs Réaliser /1 4.2 Rédiger une synthèse. Communiquer /1 Ecrire un résultat de manière adaptée et rigoureuse (unités, chiffres significatifs, incertitudes,...) Communiquer /0,5 Remarques Devoir global Rendre compte à l écrit en utilisant un vocabulaire scientifique adapté et rigoureux, et présenter son travail sous une forme appropriée. Travailler en équipe, partager des tâches, s engager dans un dialogue constructif, accepter la contradiction tout en défendant son point de vue, faire preuve de diplomatie, négocier et rechercher un consensus. Communiquer /0,5 Communiquer /0,5

2 Introduction : Une élève de STI un peu frileuse aide son père pour la rénovation de son futur appartement. Elle doit choisir les 3 convecteurs électriques qui seront dans les deux chambres et le salon, parmi les convecteurs du document 6. Les 3 convecteurs seront branchés sur la même ligne électrique équipée d un disjoncteur divisionnaire de 20 A. Document 1 : Caractéristiques de la tension du secteur en France. (A SAVOIR) La tension délivrée aux bornes d'une prise de courant en France est une grandeur sinusoïdale ayant pour caractéristique : une tension efficace Ueff = 230 V ; une fréquence f = 50 Hz Document 2 : Grandeur sinusoïdale. (A SAVOIR) Une grandeur s dite sinusoïdale est une grandeur qui varie dans le temps de façon régulière. Mathématiquement, on peut écrire : Avec : S (t) = A sin(2π.f.t + φ) A l'amplitude (valeur maximale et même unité que s) ; f la fréquence en hertz (Hz), elle est reliée à la période T en seconde (s) T =!! φ la phase en radian (rad). On peut également représenter graphiquement cette grandeur :

3 Document 3 : La loi d Ohm. (A SAVOIR) La tension UAB aux bornes d'un conducteur ohmique (résistance), et l'intensité I qui le traverse sont proportionnelles. Le coefficient de proportionnalité est la résistance R du conducteur ohmique. Avec : U AB en volt (V) UAB = R.I R en ohm (Ω) I en ampère (A) Document 4 : Effet Joule. (A SAVOIR) La puissance électrique reçue PJ par un conducteur ohmique (A,B) est convertie intégralement sous forme thermique et rayonnante : c'est l'effet joule. P J en watt (W) PJ = UAB.I = R.I 2 =!!"!!

4 U AB en volt (V) R en ohm (Ω) I en ampère (A) Document 5 : Convecteur électrique. Comme son nom l indique, un convecteur fonctionne uniquement par convection. L air ambiant entre par la partie inférieure de l appareil. Il est chauffé par la résistance électrique, avant de ressortir vers l extérieur à travers les grilles situées sur la partie haute de l appareil. Document 6 : Convecteurs électriques Atlantic de la gamme SOLIUS.

5 Source : 1 Etude préliminaire Rédiger la problématique à résoudre. (contextualisée) 1.2. Exprimer la question scientifique qui en découle. (décontextualisée) Faire le schéma électrique représentant le circuit de chauffage présenté dans l introduction Indiquer à partir de quel type de circuit, les différents convecteurs électriques sont branchés. 2 Etude d une résistance en régime sinusoïdal Manipulations A l aide du matériel disponible, réaliser le circuit suivant sans allumer le générateur :

6 Appel du professeur Régler le générateur pour qu il délivre une tension sinusoïdale de fréquence d environ 200 Hz Mesurer et noter la valeur de l intensité traversant le conducteur ohmique Noter vos observations Exploitation des résultats Vérifier que la loi d Ohm est respectée pour le conducteur ohmique Calculer la puissance électrique consommée par le conducteur ohmique Manipulations A l aide du matériel disponible, réaliser le circuit suivant sans allumer le générateur :

7 Appel du professeur Enregistrer la valeur de la tension aux bornes du conducteur ohmique Copier la courbe obtenue représentant les variations de la tension en fonction du temps dans un document texte Exploitations des résultats A partir de l allure de la courbe, comment qualifier la tension aux bornes du conducteur ohmique? Déterminer graphiquement : l amplitude de la tension U max et la période de la tension T Calculer la fréquence f Commenter sa valeur Comparer la valeur U max et U eff x Conclure. Remarque : U eff est la tension efficace mesurée au voltmètre A l aide du logiciel, créer une nouvelle grandeur correspondant à la puissance instantanée consommée par le conducteur ohmique Afficher à l écran la courbe représentant les variations de la puissance instantanée consommée en fonction du temps Copier la courbe obtenue dans le document texte contenant déjà la courbe précédente, et imprimer là Déterminer et noter la valeur moyenne de la puissance instantanée consommée Comparer cette valeur à la valeur calculée lors de la première manipulation Conclure A l aide d un schéma, faire un bilan énergétique, et analyser les échanges d énergie dans ce circuit. 3. Loi des nœuds en régime sinusoïdal Manipulations.

8 A l aide du matériel disponible, élaborer et noter un protocole expérimental permettant de vérifier la loi des nœuds (additivité des intensités) dans un circuit en dérivation en régime sinusoïdal Faire un schéma annoté et des phrases explicatives Une fois validé par votre professeur, réaliser votre protocole Noter vos résultats Exploitation des résultats La loi des nœuds est-elle valable en régime sinusoïdal? 4. Conclusion Calculer la valeur de l intensité circulant dans un convecteur électrique branché sur le secteur, et ayant une puissance de 1000W A l aide des réponses à la question précédente, et des questions préliminaires, des documents et des résultats précédents, répondre à la problématique initiale.