La sécurité électrique

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1 Niveau 3 ème Physique - Chimie Dcument du prfesseur 1/7 Prgramme : (BO spécial n 6 du 28 aût 2008). B2 - Puissance et énergie électriques La sécurité électrique Cnnaissances Capacités Cmmentaires L'intensité du curant électrique qui parcurt un fil cnducteur ne dit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité. Rôle d'un cupe-circuit. Rechercher, extraire l infrmatin utile pur repérer et identifier les indicatins de puissance, de tensin et d'intensité sur les câbles et sur les prises électriques. Mts-clé intensité, surintensité, cupe-circuit, puissance, fusible, sécurité. Liste de matériel Pste élève Références Alimentatin variable Générateur 6V/12V, Multimètre (ampèremètre, hmmètre) Thermmètre numérique Lampe 12V-21 W (cult B15), Lampe 6V-100mA (cult E10), Lampe 6V-350mA (cult E10), Supprt lampe B Supprt d ampule cult E Pinces crcdile sur scle, Résistance 33 Ω - 1/2W Supprt prte fusible Fusible 100mA Laine de fer Remarques, astuces Alerter les élèves sur la pssibilité (peu prbable cependant) d un risque de brûlure très légère dans les activités 1et 2, s'ils tuchent le fil u la résistance en curs d'expérimentatin. Prendre du fil cnducteur multibrins de sectin 1,5 mm 2 pur en extraire un fil cnducteur très fin. Chisir une résistance de puissance dissipative 0,25W. Utiliser de la pâte à fixer pur maintenir la snde de température en place sur les fils u le cnducteur hmique en la cllant à la paillasse. PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 1)

2 Prlngements Activité dcumentaire sur les dangers d'un curt-circuit Dcument du prfesseur 2/7 «Huit persnnes à relger après l incendie d une maisn : les pmpiers, arrivés rapidement sur les lieux, nt éteint le sinistre, mais les dégâts snt imprtants. Seln les premiers éléments de l enquête (qui demandent à être cnfirmés) le feu aurait pris suite à un curt-circuit électrique dans une chambre du premier étage. Une seule persnne, sur les huit ccupants habituels du lgement, se truvait dans la maisn en cette fin d après-midi. C est elle qui a dnné l alerte...» Extrait de La Vix du Nrd - Éditin de Turcing - Samedi 12 janvier 2008 Cmment est prtégée la salle de physique cntre les surintensités? Prvquer une recherche de la part des élèves en laissant grande uverte la prte du cffret électrique desservant la salle de classe. Quels snt les appareils utilisés en physique qui snt prtégés par un fusible? Faire bserver par les élèves quelques appareils sur lesquels l emplacement du fusible est facilement repérable (générateur de travaux expérimentaux, multimètre ) Sectins des fils électriques Plus la sectin d un câble électrique est imprtante, plus il purra supprter un curant de frte intensité. La sectin est déterminée en fnctin de l'utilisatin du circuit. Cet usage définit également la capacité du cupe-circuit u du disjncteur de la ligne. Il permet également de déterminer le nmbre maximum de pints d'utilisatin du circuit. Appareils / type de circuit Sectin minimale du câble en mm 2 Nmbre maximum de pints d utilisatin par circuit Fusible Disjncteur Éclairages 1,5 8 10A 16A Prises de curant 1,5 u 2,5 5 u 8 16A 20A Circuit spécialisé avec 2,5 1 par appareil 16A 20A prise de curant 16A Chauffe eau électrique à 2,5 1 16A 20A accumulatin Cuisinière, plaque de cuissn en mnphasé A 32A Cmpétences qu il est pssible d évaluer Expérimentales - Réaliser un circuit électrique - Répartir les rôles dans le grupe - Bancher un ampèremètre chisir le calibre - Faire des mesures - Ordnner la paillasse pur réaliser un travail crrect - Ranger le matériel Thériques - Savir bserver une phtgraphie - Tirer une cnclusin - Faire un schéma - Écrire la réactin chimique traduisant une transfrmatin chimique - Utiliser les termes : cupe-circuit, fusible, surintensité, curt-circuit PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 2)

3 Nm : Prénm : Classe : Date : Physique Chimie La sécurité électrique Dcument du prfesseur 3/7 Objectifs Cmprendre les dangers liés aux surintensités dans un cnducteur et dans un dipôle. Cmprendre le rôle d un cupe-circuit. ACTIVITE 1 : effet d'une surintensité sur un cnducteur. 1. Expériences En vus aidant de la pht et du schéma ci-dessus, réaliser un circuit en série cmprtant un générateur de tensin cntinue réglable, un interrupteur, un ampèremètre, une lampe (12V - 21 W) et 2 pinces crcdiles sur supprt entre lesquelles n placera successivement : Un fil cnducteur en cuivre, nn prtégé, de sectin dite nrmale, c est à dire de valeur 1,5 mm 2 ; Un fil cnducteur en cuivre, nn prtégé, de petite sectin cmme par exemple un brin de fil cnducteur suple. Prévir un thermmètre à affichage digital dnt la snde de température sera mise en cntact avec les fils précédents. Pht Schéma a) Observatin de l élévatin de température dans un fil de cuivre de sectin «nrmale» parcuru par un curant dnné Placer la snde de température du thermmètre au cntact du fil de cuivre (vir pht ci-dessus) et nter l élévatin de température du fil quand n ferme le circuit, le générateur délivrant une tensin U = 12 V crrespndant au fnctinnement nrmal de la lampe. L intensité du curant électrique circulant alrs valant I= 1,75 A, l élévatin de température est de l rdre de : θ = 1,5 C PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 3)

4 Dcument du prfesseur 4/7 b) Mesure de l élévatin de température dans un fil de cuivre de petite sectin parcuru par un curant Régler le générateur de tensin cntinue pur btenir les valeurs d intensité figurant dans la première ligne du tableau ci-dessus et mesurer l élévatin de température dans le brin de fil de cuivre. Reprter les résultats dans les deux lignes suivantes. Intensité en A 0 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 Température en C 21,8 22,1 22,9 23,8 24,9 26,7 29,5 Élévatin de température θ en C 0 0,3 1,1 2 3,1 4,9 7,7 c) Observer le cas de fils cnducteurs très fins cnstitués par des brins de laine d acier Placer un faisceau de laine d acier entre les pinces crcdile et fermer l interrupteur. 2. Cnclusins a) cncernant les expériences a et b La lampe fnctinnant nrmalement, dans quel cas l élévatin de température est-elle la plus grande? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) Dans le fil de «sectin nrmale» / dans le fil de petite sectin L échauffement du fil augmente-t-il quand l intensité du curant qui le traverse augmente? (Rayer cidessus la mentin inexacte) b) cncernant l expérience c L élévatin de température de la laine d acier est-elle suffisante pur prvquer sa cmbustin? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) Sachant que la température de fusin d une gaine en PVC enturant un fil électrique est de l rdre de 160 C, ce qui peut être facilement atteint en cas de surintensité dans les fils de cnnexin, les risques de curt-circuit et d incendie vus semblent-ils réels? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 4)

5 ACTIVITE 2 : effet d'une surintensité sur une résistance. Dcument du prfesseur 5/7 1. Expérience : En vus aidant de la pht et du schéma ci-dessus, réaliser un circuit en série cmprtant un générateur de tensin cntinue réglable, un interrupteur, un cnducteur hmique de résistance R et un ampèremètre. pht schéma Calculer l intensité maximale I max du curant électrique admissible par le cnducteur hmique caractérisé par les valeurs R = 10 Ω et P =1/4 W, P étant la valeur maximale de la puissance qu il peut recevir. P 0,25 I max = = = 158mA R 10 Placer la snde de température du thermmètre au cntact du cnducteur hmique et faire circuler dans ce dernier un curant d intensité I = 300 ma, bien supérieure à la valeur maximale I max calculée précédemment. 2. Observatins : Quelle est la cnséquence d'une surintensité pur la résistance? La température augmente rapidement et la résistance brûle 3. Cnclusin : Cmpléter le paragraphe ci-dessus à l'aide des termes suivants : destructin, élévatin, incendie, intensité. L'élévatin de température due à un curant électrique d intensité trp élevée circulant dans un dipôle peut prvquer sa destructin, et même être à l'rigine d'un incendie. PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 5)

6 ACTIVITE 3 : prtectin du circuit par un cupe-circuit à fusible Dcument du prfesseur 6/7 Dans cette activité, nus allns suppser que les fils de cnnexin risquent d être endmmagés si l intensité I du curant électrique qui les traverse dépasse la valeur I max = 100mA. 1. Expérience n 1: En vus aidant de la pht et du schéma ci-dessus, réaliser un circuit en série cmprtant un générateur de tensin cntinue 6 V, un interrupteur, une lampe 6V ma, un ampèremètre et un cupe circuit équipé d un fusible de calibre «100 ma». Le symble du cupe-circuit (u fusible) est pht Schéma La lampe fnctinne-t-elle nrmalement? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) 2. Expérience n 2 Ajuter une lampe 6V-300 ma en dérivatin aux brnes de la première lampe et fermer l interrupteur. pht schéma PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 6)

7 Dcument du prfesseur 7/7 Les lampes brillent-elles? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) Vérifier l état du fusible avec un hmmètre : le fusible a-t-il fndu? (Rayer ci-dessus la mentin inexacte) 3. Cnclusin : Cmpléter le paragraphe ci-dessus à l'aide des termes suivants : chauffent, fnd, prtégé. Cnclusin : Lrsque l intensité du curant électrique devient trp élevée dans la branche principale d un circuit équipée d un fusible, ce dernier fnd : les fils de cnnexin ne chauffent pas, le circuit est prtégé, y cmpris le générateur. EXERCICE D APPLICATION : Une prise de curant est prtégée par un fusible calibré à 16A. La tensin du secteur est U = 230 V. 1. Calculer la puissance maximale P max que peut recevir un appareil branché sur cette prise P max = U I = = 3680W On branche sur cette prise de curant une rallnge reliée à une multiprise de puissance admissible P = 1500 W. 2. Quelle est la puissance maximale de l'appareil que l'n peut raccrder à cette rallnge? P = 1500W 3. Que va-t-il se passer si n branche un appareil de puissance 3kW sur cette rallnge? la rallnge risque de chauffer, un curt-circuit peut survenir 4. Le fusible qui prtège la prise peut il prtéger la rallnge?..non, le fusible est calibré pur prtéger à partir de 3 600W et nn W Il faut impérativement respecter les indicatins nminales figurant sur une rallnge. PIERRON 2008 Sécurité électrique (page 7)