Chapitre 1: La production d'électricité

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1 Chapitre 1: La production d'électricité La tension du secteur 1) Choisir la bonne réponse en barrant ce qui est faux. a) La tension du secteur est continue / alternative / constante b) La tension du secteur est triangulaire / Carrée / sinusoïdale c) La tension du secteur a une fréquence de 40 Hz / 50 Hz / 60 Hz 2) vec quel appareil mesure-t-on la valeur efficace d'une tension alternative? 3) Compléter le schéma d'une prise de courant de la maison en indiquant le nom des différentes bornes. 4) Donner la valeur de la tension a) entre la borne et la borne B? b) entre la borne et la borne C? c) entre la borne B et la borne C? Chapitre 2: Les tensions alternatives périodiques Dans le circuit représenté, le générateur fournit une tension réglable. 1/ Le conducteur ohmique R est d abord soumis à une tension de 6 V. L ampèremètre indique 18 m. Calculez la valeur de la résistance de ce conducteur ohmique. 2/ On fait un nouveau réglage de la tension. a. La valeur de la résistance change-t-elle? Justifiez votre réponse. b. Si l ampèremètre indique une intensité de 22 m, quelle est la valeur de la tension fournie par le générateur? G R B On considère le circuit ci-contre dans lequel la résistance R vaut 150. Le circuit est traversé par un courant d intensité I 1

2 Dans les circuits ci-dessous, le générateur et la lampe sont les mêmes que dans le circuit précédent Sous chaque circuit indiquez si l intensité du courant traversant le circuit est plus petite, égale ou supérieure à l intensité I du courant traversant le circuit précédent G G G R R2 R3 B R = 150 R2 = 470 R3 = 33 B I 1 I Justification : I 2 I Justification : I 3 I Justification : Convertissez les grandeurs suivantes 1,2 k = =.k 0,07 k =.. 33 =.. k Chapitre 3: La mesure des tensions alternatives périodiques On observe les variations d une tension variable aux bornes d un générateur à l aide d un oscilloscope. Les réglages de l'oscilloscope sont : Sensibilité horizontale (base de temps): 20 ms / div sensibilité verticale : 2 V / div a/ Quelle est la valeur de la tension maximale Umax (amplitude) de la tension observée? b/ Quelle est la valeur de la période T de la tension? c/ En déduire la fréquence f de cette tension 2

3 d/ On remplace l oscilloscope par un voltmètre. Quelle sera la valeur indiquée par le voltmètre? (indiquez le calcul effectué) ssociez la grandeur et l unité qui lui correspond grandeur : fréquence, tension efficace, période, intensité du courant, tension maximale (amplitude) unités : volt, ampère, hertz, seconde fréquence en... tension efficace en... période en... intensité du courant en... tension maximale en... Vous avez utilisé trois appareils de mesures : oscilloscope, ampèremètre, voltmètre. Indiquez quel appareil vous utiliseriez et quel type de branchement vous réaliseriez (série ou dérivation) pour mesurer les grandeurs suivantes : * la tension maximale * la tension efficace * l intensité du courant Une tension alternative prend des valeurs : Parmi les oscillogrammes ci-dessous, le meilleur réglage pour mesurer avec précision la période et l'amplitude (tension maximale) de la tension est : Sur l'oscillogramme suivant, les réglages de l'oscilloscope sont : sensibilité horizontale (base de temps) : 10 ms / div sensibilité verticale : 5 V / div /La valeur de la période est : 10 ms 20 ms 30 ms 40 ms B/ Quelle est la fréquence de la tension observée? C/La valeur maximale de la tension est : 5 V 10 V 15 V 20 V 3

4 Indique sous chaque graphique représentant les variations d une tension en fonction du temps les caractéristiques de chaque tension (continue, variable, alternative, périodique, sinusoïdale?) Si la tension est périodique, repasse en rouge le motif élémentaire correspondant à une période tension tension 0 temps 0 temps tension tension 0 temps 0 temps 1. Lorsque le collégien sort du collège en hiver, il fait presque nuit. Pour être vu, il accroche une lampe sur son bras. Un interrupteur permet d'allumer la lampe qui est alors alimentée par deux piles de 1,5 V en série, c'est-à-dire soumise à une tension continue de 3 V. On visualise cette tension continue grâce à un oscilloscope. Quel est l'oscillogramme obtenu parmi les deux suivants? (entourer la bonne réponse) Calibre : 1 V / division Calibre : 1 V / division 2. Sur la lampe, sont inscrites les indications suivantes : (3 V ; 1,5 W) Que représente l'indication 1,5 W? 2.2. Calculer l'intensité du courant qui traverse cette lampe lorsqu'elle est allumée. Formule... Calcul Lorsque le collégien arrive chez lui, il allume la lumière du garage. La lampe, qui est fixée au plafond du garage est alimentée par la tension du secteur. 4

5 3.1. L'énergie électrique qui est distribuée dans la maison provient d'une centrale électrique. Nommer la partie commune à toutes les centrales La tension fournie par la centrale électrique, tout comme la tension du secteur, est : (entourer la bonne réponse) continue variable nulle 3.3. Parmi les 3 oscillogrammes proposés ci-dessous, choisir celui qui correspond à la tension du secteur. Justifier la réponse Déterminer la période T de la tension visualisée sur l'oscillogramme F Déterminer la valeur de la fréquence f de cette tension. Formule... Calcul... Un particulier, produisant lui même son électricité, veut utiliser un appareil électroménager, dont on peut voir la plaque signalétique cicontre : 1) a) Indiquer la valeur de la fréquence lue sur la plaque signalétique. b) Indiquer, en cochant la bonne réponse, la signification de 150 W. O Tension O Intensité O Puissance 2) Ce particulier fait vérifier, par un technicien EDF, si son installation électrique est conforme. partir d'une prise de courant, le technicien obtient oscillogramme suivant : a) Indiquer si le courant produit par ce particulier est alternatif, constant ou continu. b) Déterminer, à partir de cet oscillogramme, la tension U/max en volt. Umax=... 5

6 c) Calculer, en volt, la valeur U de la tension efficace. rrondir le résultat à l'unité. On donne: d) Déterminer, à l'aide de l'oscillogramme ci-dessus, la période T, en seconde, de la tension produite chez le particulier. e) Calculer, en hertz, la fréquence/de la tension produite chez le particulier. rrondir le résultat à la dizaine. 3) Cette fréquence est-elle compatible avec le bon fonctionnement de l'appareil électroménager? Justifier la réponse. Chapitre 4: La puissance électrique Calculer quelle est l intensité du courant approximative qui traverse un appareil électrique en fonctionnement normal (U = 220V) / convecteur électrique de puissance nominale 800 W (fonctionnant avec le courant du secteur) B/ four électrique de puissance 3 kw Sur la prise électrique du garage, on branche, en dérivation, 3 lampes halogènes notées (500 W- 2,3 ) ainsi qu'une perceuse (950 W- 4,3 ). La prise électrique du garage est protégée par un coupecircuit à cartouche de 10. 1) Quelle intensité maximale du courant ce coupe-circuit peut-il supporter? 2) Quel est le rôle du coupe-circuit? 3) On utilise la perceuse alors que les 3 lampes sont allumées. En tenant compte de tous les appareils branchés, calculer, en ampère, l'intensité totale / du courant dans la ligne qui alimente la prise. 4) Le coupe-circuit va-t-il se déclencher? Expliquer pourquoi. 5) Quelle solution peut-être envisagée pour éviter ce problème? 6) On veut faire des économies d'énergie et on décide de remplacer les 3 lampes halogènes par des lampes basse consommation notées 26 W V. a) Remplir le tableau ci-dessous en utilisant l'exemple : b) Calculer, en watt, la puissance utilisée par les 3 lampes halogènes. c) Calculer, en watt, la puissance utilisée par les 3 lampes basse consommation. d) Quelle puissance a-t-on ainsi économisée? 6

7 Chapitre 5: L'énergie électrique Sur un chantier, la grue gère le va-et-vient des matériaux de construction. Elle est équipée d'un système d'éclairage afin que le chantier puisse fonctionner de nuit. Celui-ci possède la fiche signalétique suivante : 1. Donner la valeur de la tension nominale de ce projecteur. 2. Indiquer si ce projecteur fonctionne sous une tension continue ou alternative. Expliquer la réponse. 3. Donner la valeur de la fréquence de la tension qui alimente ce projecteur. 4. Indiquer la relation qui permet de calculer la fréquence f en fonction de la période T en précisant les unités de chaque grandeur. 5. Vérifier que la période de la tension d'alimentation vaut 20 ms. 6. Rechercher, sur la fiche signalétique, la valeur de la puissance nominale de ce projecteur. 7. Parmi les relations ci-dessous, entourer celle qui permet de calculer l'énergie électrique E consommée par le projecteur en fonction de sa puissance P et de la durée t de fonctionnement. 8. fin de vérifier l'état du projecteur, on le fait fonctionner pendant 5 secondes. Calculer l'énergie consommée par le projecteur en précisant le nom de l'unité du résultat. 1. L'éclairage du vélo fonctionne grâce à une génératrice de bicyclette. Elle est constituée d'un aimant, d'un galet et d'une bobine À quelle condition, la génératrice produit-elle une tension électrique? 1.2. Donner le nom de la partie commune à toutes les centrales électriques Parmi les affirmations ci-dessous, choisir la proposition correcte (en mettant une croix dans la case correspondante). La génératrice de bicyclette utilise une source d'énergie renouvelable car : O on peut la transformer en énergie électrique. O elle est produite par l'homme. O elle peut être considérée comme inépuisable à l'échelle humaine. 2. On obtient l'oscillogramme ci-dessous en reliant la génératrice de bicyclette (en fonctionnement) à un oscilloscope. 7

8 2.1. Parmi les termes ci-dessous, entourer celui (ou ceux) qui convient (conviennent) pour décrire la tension électrique observée aux bornes de la génératrice de bicyclette. Variable / positive / négative / alternative / continue / périodique 2.2. Quelle est la sensibilité verticale? 2.3. Quelle est la sensibilité horizontale? 2.4. À l'aide de l'oscillogramme ci-dessus et des réglages de l'oscilloscope, déterminer la valeur maximale Umax de cette tension électrique. " 2.5. Cette tension électrique a pour période T = 25 ms Indiquer la formule (avec les unités) qui permet de calculer la fréquence f en fonction de la période T Calculer la fréquence de cette tension électrique. 3. Le culot d'une lampe de phare avant de bicyclette porte les indications suivantes : 6 V - 0, Indiquer la formule (avec les unités) qui permet de calculer dans le cas de la lampe, la puissance électrique P en fonction de la tension électrique U et de l'intensité I du courant électrique du vélo Calculer la puissance électrique consommée par la lampe du phare avant 3.3. Parmi les formules ci-dessous, entourer celle qui permet de calculer l'énergie électrique E consommée par la lampe en fonction de sa puissance P et de la durée t de fonctionnement. E = t/p E= Pxt E = P/t 1) Un récepteur électrique ne comportant que des résistances est alimenté sous une tension sinusoïdale de valeur efficace U. Il est alors traversé par un courant d'intensité efficace I et reçoit une puissance électrique P. a) Écrire la relation (ou formule) qui lie P, U et I. b) Préciser les unîtes de P, U et I dans le Système International (noms et symboles correspondants). 2) Sur l'étiquette située à l'arrière d'un four électrique on peut lire les indications suivantes : 230 V; W. Que représente l'indication W? 3) Une lampe porte les indications suivantes : 230 V ; 100 W a) L'énergie électrique E reçue par la lampe s'exprime par la relation : E = P x t. Quelle est la signification de chacun des termes de la relation E = P x t b) Préciser les unités de E, P et t dans le Système International (noms et symboles correspondants). c) Calculer en Wh l'énergie consommée par la lampe lorsqu'elle fonctionne pendant 2 heures 8

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