COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO ① INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE ② LA TENSION ÉLECTRIQUE ③ RÉSISTANCE ÉLECTRIQUE LOI D OHM ④ PUISSANCE ELECTRIQUE ⑤ ENERGIE ELECTRIQUE ⑥ EFFET JOULE LOI DE JOULE OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Connaître les grandeurs et les unités de l intensité électrique et de tension. Connaître et appliquer la loi d Ohm. Connaître la grandeur et l unité de la puissance. Savoir appliquer la relation : Connaître les grandeurs et les unités d énergie électrique. Savoir appliquer la relation : Etre capable de définir l effet Joule. Savoir appliquer la relation : et 1

2 Activité 1 1- Sens du courant et Nature du courant De nombreuses expériences on montré que le courant électrique est dû au déplacement des électrons libres de la borne négative vers la bornes positive du générateur. Le sens conventionnel du courant : sens contraire du sens des électrons. De la borne + vers la borne - 2- Comment mesurer une intensité électrique L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que AMPEREMETRE 1 Symbole de l ampèremètre : A 2 Branchement : Toujours en série dans le circuit électrique. 3- Mesurer l intensité du courant dans un circuit Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 4- Grandeur et unités La grandeur mesurée est l intensité (I) et l unité est l Ampère de symbole : A Sous multiple : le milliampère (ma) ; 1 A 1000 ma Convertir les mesures suivantes : 250 ma... A ; 4,6 A.... ma ; 2,7 ma.. A 0,12 A... ma ; 26 ma... A ; 32 A... ma 2

3 Activité 2 1- Comment mesurer une tension électrique L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que VOLTMETRE 1 Symbole du voltmètre : V 2 Branchement : Toujours aux bornes d un récepteur. (En dérivation) 2- Tension aux bornes d un dipôle Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 3- Grandeur et unités La grandeur mesurée est la tension (U) et l unité est le Volt de symbole V. Multiple et sous multiple : le millivolt (mv) ; 1 V 1000 mv et le kilovolt (kv) ; 1 kv 1000 V Convertir les mesures suivantes : 40 mv... V ; 4,5 V.... mv ; 1,4 mv... V 0,12 kv..... V ; 240 V.... kv ; 12 V.... mv 3

4 Activité 3 1- Rôle d une résistance dans un circuit On réalise un circuit en dérivation contenant deux ampoules identiques. Dans l une des branches, on rajoute une résistance. I 2 G I 1 A1 A2 En regardant l image attribuer les deux intensités I 1 et I 2 aux deux ampèremètres et conclure 2- Loi d Ohm appliquée a un dipôle résistif On place dans un circuit en série une pile, une résistance (R), un rhéostat. On mesure l intensité (I) parcourue dans le circuit avec un ampèremètre et la tension (U) aux bornes de la résistance. On fait varier le curseur du rhéostat et l on relève les deux grandeurs électriques U (tension) et I (intensité) aux bornes du dipôle résistif. On trace U en fonction de I. Que constatez-vous? Avec quel modèle mathématique peut-on associé cette courbe. Proposer une conclusion. 4

5 3- Loi d Ohm Pour un conducteur ohmique (résistance ou dipôle résistif ou résistor), l intensité tension sont des grandeurs proportionnelles. Symbole Grandeur Unité U Tension Volt (V) R Résistance Ohm ( ) et la I Intensité Ampère (A) 4- Applications Ex n 1 : On applique une tension de aux bornes d une résistance de ① Rappeler la loi d Ohm et exprimer I en fonction de U et R. ② Quelle est l intensité qui circule dans ce conducteur? Ex n 2 : L intensité qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 Ω, est de 170 ma. Rappeler la loi d Ohm puis calculer la tension appliquée à ses bornes. 5

6 Ex n 3 : Un courant de 33,2 ma traverse un conducteur ohmique, lorsque la tension entre ses bornes est de 9 V. 1 Rappeler la loi d Ohm et exprimer la résistance (R) en fonction de la tension (U) et l intensité (I). 2 Calculer la valeur de la résistance du conducteur ohmique. Ex n 4 : Une résistance de 60 est traversée par un courant de 20 ma. 1 Quelle est la tension mesurée à ses bornes? 2 La tension reste constante, que se passe t-il pour l intensité dans le circuit si on augmente la résistance? 3 Même question mais si l on diminue la résistance? 4 Quelle est l intérêt de mettre des résistances dans un circuit? 6

7 Activité ④ 1- Puissance nominale L indication portée sur le culot est la puissance consommée par cette ampoule ou puissance nominale. Indiquer la puissance nominale de cette ampoule. 2- La puissance électrique en courant continu L expression de la puissance électrique est donnée par : Symbole Grandeur Unité P Puissance Watt (W) U Tension Volt (V) I Intensité Ampère (A) 3- Applications Ex n 1 : Lorsque cette ampoule fonctionne normalement, la tension appliquée est égale à, l intensité ainsi mesurée est de. Calculer la puissance P de cette ampoule. Ex n 2 : Exprimer I en fonction de P et de U, puis calculer l intensité qui circule dans ce fer à repasser. Ex n 3 : Une tension sur une lampe de puissance. ① Exprimer U en fonction de P et de I. ② Calculer la tension U. est parcourue par une intensité de 7

8 Activité 5 1- Energie électrique L énergie électrique est calculée en fonction de la durée d utilisation de l appareil. Plus la durée de fonctionnement est grande, plus la consommation énergétique sera importante. L expression de l énergie électrique va dépendre de la puissance de l appareil et du temps d utilisation. Elle est donnée par la relation suivante : symbole W E P t Grandeur Energie électrique Puissance Temps Unités internationales Joule (J) Watt (W) Seconde (s) Unités usuelles Watt.heure Watt Heure (W.h) (W) (h) A retenir : 1 kwh = 1000 Wh 2- Applications Ex n 1 : Un élève révise son chapitre de physique pour le prochain contrôle pendant 1 heure et 30 minutes. Pour cela, il s'éclaire avec une lampe de bureau de. Calculer, en kwh, l'énergie transférée à cette lampe pendant cette révision. 8

9 Ex n 2 : Calculer en Joules l énergie absorbée par un radiateur électrique qui consomme un courant de sous une tension de pendant. Ex n 3 : Vous devez calculer la tension d alimentation d une résistance d une bouilloire qui consomme en une minute sous une intensité de. 1 Convertir l énergie en Joules. 2 Exprimer la puissance P en fonction de l énergie (W E ) et le temps ( t). Calculer la puissance (P) de cette bouilloire. 3 Exprimer la tension (U) en fonction de la puissance (P) et l intensité (I). Calculer cette tension (U). Ex n 4 : Calculer le temps (mn, s) de fonctionnement d une lampe qui absorbe une intensité de sous une tension de si elle consomme 9

10 Activité ⑥ 1- Transformation de l énergie électrique Réception de Convertisseur l énergie d énergie Energie électrique Transformation en énergie Que remarque t-on? 2- Loi de Joule Dans un conducteur ohmique (une résistance), l énergie électrique est intégralement transformée en chaleur. Ce phénomène porte le nom d effet Joule. La puissance électrique : Si l on remplace U par Si l on remplace I par et La loi d Ohm : cela donne : Alors : cela donne : Alors : symbole Grandeur Unités internationales P Puissance Watt (W) R Résistance Ohm ( ) I Intensité Ampère (A) U Tension Volt (V) 10

11 3- Avantages de l effet Joule Chaque fois que toute la puissance dissipée est utilisée pour chauffer : Exemples : Les radiateurs électriques ; les plaques de cuisson ; le ballon d eau chaude ; la cafetière électrique. 4- Inconvénients de l effet Joule Chaque fois que la chaleur n est pas souhaitable. Exemples : Un moteur électrique ; une ampoule électrique On parle alors de puissance perdue par effet Joule : Pertes Joule. 5- Applications Ex n 1 : Une bouilloire contient dans sa cuve une résistance : R = 27. L intensité mesurée lors de son fonctionnement est de 8,6 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule de cette bouilloire. Ex n 2 : Un radiateur électrique est alimenté sous une tension de 230 V. On mesure sa résistance à l aide d un ohmmètre et indique une valeur de 40. Calculer la puissance dissipée. 11

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