PRÉTEST D L électricité : êtes-vous au courant? SCP-4011

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1 Question. Indiquez si les matériaux ci-dessous sont conducteurs, isolants, conducteurs résistifs ou semiconducteurs. Montant d aluminium d une échelle Gaine de plastique entourant certains fils Filament d une ampoule en tungstène Pelouse mouillée Diode au germanium Plaque électrique en métal décoratif Pneus d automobiles conducteurs isolants conducteurs résistifs conducteurs semi-conducteurs conducteurs isolants Question.2 Complétez le tableau suivant en indiquant dans la case appropriée s il s agit de courant alternatif ou de courant continu. Utilisation ou caractéristique L intensité varie de manière régulière Lampes au néon d un centre d achat Courant obtenu à la sortie d un redresseur Télécommande d un téléviseur La tension efficace n équivaut pas la tension maximale Courant continu Courant alternatif 28/04/08

2 Question. Classez en ordre chronologique, du plus ancien au plus récent, les évènements historiques suivants. Indiquez dans la colonne de gauche le bon ordre chronologique de à 7, étant le plus ancien. Ordre Événements historiques 6 Édison invente le phonographe. On observe que le magnétite et le fer s attire. 7 Hertz produit des ondes radio. 5 Faraday découvre l induction électromagnétique. Franklin prouve que l éclair est un phénomène électrique. 4 L électricité et la chimie sont mises en relation par les débuts de l électrolyse. 2 Musschenbroek découvre la bouteille de Leyde. Question 2. Dans le circuit ci-dessous, dessinez la position des appareils et le type de branchement que vous utiliseriez pour mesurer : la tension dans R4 l intensité du courant circulant dans R2. R2 R R4 V A R 28/04/08 2

3 Question 2.2 Une pile rechargeable de,2 Ah a été utilisée aux deux tiers de sa capacité. Combien de temps sera nécessaire pour la recharger avec un courant de 80 ma? Laissez la trace complète de votre démarche. 2,2 Ah = 0,8 Ah Q 0,8 Ah Q = I t t = = = 0 h I 0,08 A Question 2. Dans un circuit simple où le courant produit est de 2,5 A, quelle modification a été apportée à la résistance équivalente du circuit si le courant diminue de moitié et que la source demeure la même? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. U U U R = R = = 2 = 2 R I I I 2 2 La résistance équivalente doit être doublée. Question 2.4 La section d un fil de cuivre est d abord réduite de moitié et ensuite, ce fil est coupé en parties égales. La résistance de chaque portion de fil est-elle plus grande ou plus petite que la résistance du fil de cuivre initial? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. R = ρ L A L ρ = 2 ρ L 2 R = = R A A 2 2 La résistance de chaque portion de fil est plus petite à celle du fil initial. 28/04/08

4 Question 2.5 Si une sécheuse utilise un courant de 5 A sous une tension de 240 V, quel est le coût de faire sécher une brassée pendant 50 minutes si chaque kwh coûte 0,05 $? Laissez la trace complète de votre démarche. P = U I P = 240 V 5 A = 600 W 50 min E = P t E = 600 W = 000 Wh = kwh 60 min h Coût = kwh 0,05 $ = 0,5 $ kwh Question 2.6 Expliquez le rôle d un câble paratonnerre d une tour de télécommunication. Le câble permet d évacuer en toute sécurité les grandes quantités de charges électriques de la foudre lorsque celle-ci frappe la tour. Question 2.7 Qu advient-il de la force qui s exerce entre deux charges si l une d entre elles devient 0 fois plus grande? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. F k Q Q = d 2 2 k QQ2 k 0 QQ2 k QQ2 F = = = 0 = 0 F d d d 2 La force devient 0 fois plus grande. 28/04/08 4

5 Question 2.8 La figure suivante illustre deux aimants qui se repoussent. Complétez le schéma par les lignes de champ magnétique et les pôles manquants. S N N S Question. Associez les termes de gauche aux caractéristiques de droite. Termes Caractéristiques. Résistance a) Je permets au courant de circuler facilement. 2. Fil de cuivre b) Je mesure le nombre de coulombs par seconde.. Ampèremètre c) Source de courant alternatif. 4. Réseau d Hydro-Québec d) Si j augmente, l énergie consommée augmente. 5. Courant continu e) Par convention, je circule de la borne positive à la négative. f) Par convention, je circule de la borne négative à la positive. d 2a b 4c 5e Question.2 6 points a) Les appareils électriques domestiques sont reliés en parallèle. Expliquez pourquoi. De cette manière, les appareils sont indépendants. b Expliquez comment brancher deux piles de 9 V afin de doubler la durée de fonctionnement d'une seule Il faut les brancher en parallèle car avec ce type de branchement, les charges des piles s additionnent. 28/04/08 5

6 Question 4. 8 points À l aide de la figure suivante, trouvez le courant dans chaque résistor ainsi que le courant total. R = R2 = 4 ohms R = Résistance équivalente dans la portion en parallèle : = + = + = + = R2 = =,7 Ω R2 R2 R Résistance équivalente du circuit simplifié en série : Réq = R + R2 = Ω +, 7 Ω = 2, 7 Ω Le courant total et dans R : U = R I 9 V = 2,7 Ω I I =, A fém éq T T T Puisque R est en série avec la source, I T = I =, A La tension dans R 2 et R : U = R I = Ω, A =, V U = U + U 9 V =, V + U U = 5,7 V T Puisque R 2 et R sont en parallèle, R 2 = R = 5,7 V Le courant dans R 2 et dans R : U = R I 5,7 V = 4 Ω I I 2 =,4 A U = R I 5,7 V = Ω I I =,9 A?? Vérification : IT = I2 + I, A =,4 A +,9 A ok! 28/04/08 6

7 Question points R = R2 = R4 = R = R5 = À partir du circuit mixte ci-dessus, indiquez si les énoncés suivants sont vrais (V) ou faux (F). a) Le plus petit courant circule dans R5. F b) La tension aux bornes de R2 et R est identique. V c) La différence de potentiel dans R est identique à celle de R 2- et R 4-5. F d) La somme du courant circulant dans R2 et R correspond au courant total. V e) Le plus grand courant circule dans R. V f) La résistance équivalente de R 4-5 est la même que celle de R 2-. F g) La résistance équivalente de R 2- est plus petite que R. V 28/04/08 7

8 Question 5. Indiquez si les énoncés suivants sont vrais (V) ou faux (F). a) Le regroupement de plusieurs piles est appelé un accumulateur. F b) Les piles alcalines coûtent plus cher que les piles ordinaires mais elles se dégradent moins lorsqu elles ne sont pas utilisées. c) Les piles rechargeables se déchargent plus rapidement que les piles alcalines lorsqu elles ne sont pas utilisées. d) Pour un appareil photo numérique, les piles ordinaires sont tout aussi avantageuses que les autres types de piles. e) Les accumulateurs au nickel-cadmium ont comme inconvénients d avoir un «effet mémoire» important et d être toxiques pour l environnement à cause du cadmium qu ils contiennent. V V F V Question 6. Une ampoule est branchée à une pile de 9 V. Comment variera la puissance émise par effet Joule de cette ampoule si la pile est remplacée par une batterie de V? Justifiez votre réponse à l aide des formules appropriées. Par U = R I, si U est divisé par alors I sera divisé par puisque la résistance est constante. Par l effet Joule : I I 2 P = R I P = R = R = R I = P La puissance émise par effet Joule sera 9 fois plus petite. 28/04/08 8

9 Question 6.2 Complétez le schéma de branchement sachant : qu un transformateur d Hydro-Québec alimente le panneau de distribution qu il y a une dérivation universelle pour une pièce avec deux plafonniers -20V 20V Q 0V Question 6. Pour brancher une dérivation permettant d alimenter une sécheuse, est-il préférable d utiliser des fils 8, 2 ou 6 AWG? Expliquez pourquoi. Pour les appareils qui sont des grands consommateurs d énergie, la résistance du fil doit être minimisée. ρ L Par R =, pour minimiser la résistance, il est préférable d avoir un fil plus gros. A Or, dans l échelle AWG, plus le numéro est petit plus le fil est gros. Il est donc préférable d utiliser du fil 8 AWG. 28/04/08 9

10 Question 6.4 Soit un transformateur dont le nombre de tours au secondaire est trois fois plus élevé qu au primaire. a) De quel type de transformateur s agit-il? Expliquez. N U = = N U 2 2 Les rapports des nombres de tours et des tensions étant proportionnels, si le nombre de tours au secondaire est fois plus élevé qu au primaire, alors la tension à la sortie est également fois plus élevée. Il s agit donc d un survolteur. b) Si la tension à l entrée est de 900 V, quelle est la tension à la sortie? U 900 V = = U2 = 2700 V ou 2,7 kv U U 2 2 c) Dans quelle proportion le courant à l entrée est-il plus grand ou plus petit que le courant à la sortie? Justifiez votre réponse. N I = = N I 2 2 Les rapports des nombres de tours et des courants étant inversement proportionnels, si le nombre de tours au primaire est fois plus petit qu au secondaire, alors le courant y est fois plus grand. Question 6.5 Quel est le danger d émonder des arbres près de fils électriques avec une échelle métallique? L échelle métallique agit comme un conducteur et ferme la boucle du circuit s il y a contant avec les fils. L émondeur risque donc l électrocution ou des brûlures. 28/04/08 0

11 Question 6.6 Parmi les énoncés ci-dessous, indiquez celui ou ceux qui s applique(nt) au générateur. a) Le stator est la partie mobile d un générateur. b) L énergie mécanique est convertie en énergie électrique. c) Élève la tension et diminue le courant en maintenant la puissance constante. d) Convertit le courant alternatif en courant continu. e) Par un mouvement relatif de rotation, une bobine placée dans le champ magnétique d un aimant induit une force électromotrice. Question 6.7 Pourquoi les trains à lévitation magnétique n ont-ils pas de roues? Le poids du train est supporté par la force de répulsion de deux électroaimants. Ainsi, il n y a pas de contact entre le train et les rails et le train se déplace sans frottement. 28/04/08

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