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- Martial Charpentier
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1 ELECTRICITE I- ETUDE DES DIFFERENTES PARTIES 1 Les matériaux conducteurs DEFINITIONS: CONDUCTEUR: matériaux qui offre une faible résistance au passage du courant électrique. Tout matériaux possède une conductivité plus ou moins forte ISOLANT : matériaux qui offre une forte résistance au passage du courant électrique. Tout matériaux possède un pouvoir isolant plus ou moins fort EXPERIMENTATIONS: MATERIEL une pile plate 4,5V une ampoule ou led pour conductivité du corps humain (du à l'eau) 3 conducteurs divers matériaux à tester RESULTATS Matériaux Conducteur ou isolant Notion de circuit électrique DEFINITION CIRCUIT ELECTRIQUE: boucle fermée ou ouverte d'éléments conducteurs comportant au moins un générateur et un récepteur est composé de: générateur (pile...): fournit l'énergie électrique récepteur (lampe...): consomme l'énergie électrique et la transforme en une autre énergie conducteur (fils): permettent d'acheminer le courant électrique entre les différents éléments du circuit Interrupteur: permet d'interrompre le passage du courant électrique SYMBOLISATION Générateur Ampoule Interrupteur Led
2 3 Les caractéristiques nominales GRANDEURS ELECTRIQUES USUELLES GRANDEUR ABREVIATION UNITE DE MESURE SYMBOLE MESURE DEFINITION Tension U Volt V Voltmètre (dérivation) Intensité I Ampère A Ampèremètre (en série) Puissance P Watt W Résistance R Ohm Ω 4 Les montages de récepteurs en série ou en parallèle EN PARALLELE Si on ne ferme que l'interrupteur A, seulement la lampe L1 s'allume Si on ne ferme que l'interrupteur B, seulement la lampe L2 s'allume Si on ferme les 2 interrupteurs, les 2 lampes s'allument la tension et l'intensité sont les mêmes dans toutes les lampes Ex: installations domestiques ou industrielles EN SERIE Si on ferme l'interrupteur A, les 2 lampes s'allument les 2 lampes se partagent la tension, mais l'intensité est la même dans tous le circuit Ex: vieilles guirlandes électriques de Noël 4 Formules P= U x I = R x I 2 U= R x I W= P x t = 2 x π x f PILES EN SERIES: U = U1 + U2 + U3 RESISTANCE EN SERIE: R= R1 + R2 + R3... RESISTANCE EN PARALLELE: 1/R= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3... II- RISQUES ET DANGERS DE L'ELECTRICITE 1 Sécurité des Biens Différence de potentiel entre 2 points Quantité d'énergie qui traverse le circuit EFFET JOULE: énergie électrique traversant un corps conducteur peu provoquer une élévation de température importante et engendrer en conséquence un incendie DISJONCTEUR DIVISIONNAIRE / FUSIBLES: protection qui coupe le circuit quand l'intensité du courant électrique dépasse une valeur déterminée
3 2 Sécurité des personnes CONDUCTIVITE DU CORPS: un corps humain traversé par un courant de 30 ma pendant 30 ms n'est pas dangereux, mais au-delà, il y danger TBTS: Très Basse Tensions de Sécurité Milieu sec Milieu humide Milieu mouillé Valeurs maximales des TBTS U < 50 V U < 25 V U < 12 V DISJONCTEUR DIFFERENTIEL: mesure la différence de tension arrivant et sortant du circuit électrique, si elle est supérieure à 30 ma pendant 30 ms, il coupe le circuit électrique marche uniquement en présence d'une PRISE DE TERRE
4 LEVIERS ET BALANCES I- LES FORCES 1 Généralités sur les forces DEFINITION: force = toute cause capable de déformer un corps ou de modifier son état qu'il soit au repos ou en mouvement CARACTERISTIQUES: Une force est une grandeur vectorielle qui a: une vitesse un sens une intensité MESURE DYNAMOMETRE: mesure l'intensité d'une force via la déformation d'un ressort Unité: Newton 1 N= force exercée sur un corps de 1Kg produit par une accélération de 1 m/s 2 Distinction entre poids et masse d'un corps MASSE: ne dépend que des caractéristiques de l'élément (volume, masse volumique...). La masse d'un élément est toujours identique et se mesure en kg. C'est une valeur scalaire. POIDS: résultat de la force de pesanteur qui s'exerce sur un élément. Dépend de: masse gravité au point donné S'exprime en Newton (N) RELATION ENTRE MASSE ET POIDS P= m x g Poids (Newton) Masse (kg) Accélération de la pesanteur (m/s -2 ) II- LEVIERS ET BALANCES 1 Leviers DEFINITION: Un levier est une barre qui pivote autour d'un point d'appui. Plus la distance sur laquelle la force s'exerce est grande, plus la force exigée est petite. MOMENT D'UNE FORCE DEFINITION: capacité d'une force à faire tourner (ou pivoter) un élément mécanique autour d'un point donné appelé pivot SCHEMATISATION ET CALCUL M= produit de l'intensité de la force par son bras de levier M F 1 / O= F 1 x d moment de la force F par rapport à l'axe O intensité de la force F 1 distance
5 DIFFERENTS TYPES DE LEVIERS INTER-APPUI 1 TYPE / GENRE Levier dont l'appui est situé entre les deux forces INTER-RESISTANT 2 TYPE / GENRE La force résistante est située entre l'appui et la force motrice INTER-EFFORTS / INTER-MOTEUR 3 TYPE / GENRE La force motrice est située entre l'appui et la force résistante Pied de biche ciseaux clé anglaise Brouette décapsuleur perforatrice casse-noix Pince à sucre / cornichon 2 Les balances DEFINITION: permet de comparer ou mesurer des masses ROLES: indiquer la masse compter les objets comparer des objets LA BALANCE PEDAGOGIQUE: solide en rotation autour d'un axe à vide: position d'équilibre avec des poids: en équilibre si les poids sont placés à distance égale de l'axe Un objet qui peut tourner autour d'un axe peut rester en équilibre s'il est soumis à des forces dont les effets se compensent, c'est à dire: même distance: Oa = Ob même intensité: même masse même sens: vers le bas DIFFERENTS TYPES DE BALANCE LA BALANCE A DEFORMATION: déformation d'un solide sous l'action de la pesanteur qui s'exerce sur cet objet LA BALANCE A BRAS EGAUX: fléau: barre métallique horizontale couteau: point d'appui plateaux: pour l'objet à peser et la masse de référence BALANCE DE ROBERVAL: = balance à bras égaux avec 2 fléaux, toujours parallèles, reliés par les supports des plateaux (permet de conserver les 2 plateaux toujours horizontaux) = parallélogramme déformable
6 BALANCE DE TREBUCHET Balance à bras égaux dont les plateaux sont suspendus au fléau BALANCE A BRAS INEGAUX = BALANCE ROMAINE Les bras du fléau ne sont pas de même longueur Bras le plus court: supporte la masse à peser Bras le plus long: supporte la masse de référence (variable) Équilibre obtenu en déplaçant le contrepoids le long du fléau jusqu'à que celui-ci redevienne horizontal III- FORMULES RELATION POIDS / MASSE: P= m x g Poids (Newton) Masse (kg) Accélération de la pesanteur (m/s 2 ) = 9, 81 sur Terre MOMENT D'UNE FORCE: M F1 /O = F 1 x d Moment de la force F 1 par rapport à O (Newton / m) Force (Newton) Distance (m) LEVIER A L'EQUILIBRE: M F1 /O = M F2 /O F 1 x O a = F 2 x O b Moment de la force par rapport à O en Newton mètre (N.m -1 ) Force (Newton) Distance (m)
7 TRANSMISSION ET TRANSFORMATION DE MOUVEMENTS I- LES MOUVEMENTS 1 Caractéristiques d'un mouvement DEFINITION: déplacement d'un objet dans l'espace. Il peut être combiné. MOUVEMENT DE ROTATION: lorsqu'un objet tourne autour d'un point. Est caractérisé par: sa vitesse angulaire: uniforme - accéléré ou décéléré son sens: horaire ou antihoraire MOUVEMENT DE TRANSLATION: déplacement d'un objet selon une trajectoire rectiligne. Est caractérisé par: sa vitesse: uniforme - accéléré ou décéléré sa direction: haut/bas gauche-droite... son sens: d'un point vers un autre MOUVEMENT COMBINE ET OSCILLATOIRE: combiné: déplacement d'un objet en décrivant plusieurs mouvements simultanés oscillatoire: déplacement d'un objet selon un mouvement répétitif 2 Pourquoi transmettre un mouvement? ROTATION Augmenter ou diminuer sa vitesse Augmenter le couple Changer le sens Changer le mouvement de plan TRANSLATION Changer la direction Changer l'intensité d'une force Changer le mouvement 3 les mécanismes: différents modes de transmission ou de transformation de mouvement TRANSMISSION: un mouvement est transmis s'il ne change pas de nature (rotation rotation) TRANSFORMATION: un mouvement est transformé s'il change de nature (rotation ) POULIE COURROIE CORDE ROUE DENTEE CR LERE PIGNON CHAINE ROUE GALET DE FRICTION NOM UTILITE EXEMPLES Transmission de rotation ou transformation rotation Transformation rotation Transmission de rotation transformation rotation Transmission de rotation transformation rotation Courroie de distribution voiture Portail de maison Vélo Dynamo VIS SANS FIN Transmission de rotation Stick colle
8 VIS-ECROU CARDAN ARBRE CABLE GAINE Transformation rotation Transmission de rotation Transmission de rotation ou de vis-écrou Manivelle volet roulants starter BIELLE MANIVELLE CAME Transformation rotation Transformation rotation alternatif Essuie glace de voiture III- FORMULES r= r1 x r2 = (Za / Zb) x (Zc / Zd) Ps= n x Pe P= C x w w= 2 x π x f r: rapport de transmissions Za: nombre de dents de la roue A P: puissance (en Watt) d'entrée Pe ou de sortie Ps n: rendement w: vitesse angulaire en radian par sec (rd/s) C: couple en Newton mètre (N.m) f: fréquence en Hertz (Hz)
9 IV- EXEMPLES D'ENGRENAGES ET DE MECANISMES Bielle manivelle Vis écrou Cardan Câble gaine Engrenage intérieur Pignon - chaîne Crémaillère pignon Vis sans fin roue dentée engrenage conique engrenage cylindrique à denture droite
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