POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux - Section i-prépa - 1
exercice 1 : 1. Un récepteur électrique alimenté sous une tension U= 12 V est traversé par un courant intensif I = 500 ma. a) Calculer la puissance électrique reçue par ce récepteur. b) En déduire l énergie électrique convertie si le récepteur fonctionne pendant 10 minutes 2. Un récepteur électrique convertit une énergie électrique W a = 3,6 kj quand il fonctionne pendant 30 minutes. a) Calculer la puissance électrique de ce récepteur. b) En déduire l intensité du courant qui le traverse s il est alimenté sous une tension de 6,0V. 3. Un conducteur chimique a une résistance R = 120 Ω. Il est alimenté sous une tension U AB = 24 V a) Quelle est l intensité du courant qui le traverse. b) Calculer la puissance électrique dissipée par effet Joule de deux façons différentes 4. Une pile de force électromotrice E = 4,5 V et de résistance interne r =1,5 Ω débite dans un circuit un courant d intensité I = 300 ma pendant 20 minutes. a) Calculer l énergie totale convertie par la pile pendant la durée de fonctionnement et l énergie dissipée par effet Joule. b) En déduire l énergie électrique fournie au circuit et la tension aux bornes de la pile. exercice 2 : Un petit moteur électrique, fonctionnant sous une tension U = 12 V, est traversé par un courant d intensité I = 2,5 A. a) Quelle est la puissance électrique reçue par le moteur? b) Le moteur convertit 80 % de la puissance électrique qu il reçoit en puissance mécanique. Calculer la puissance mécanique du moteur dissipée par effet -Joule dans le bobinage du moteur. c) En déduire la résistance interne de ce moteur. 2
exercice 3 : La caractéristique U PN = f(i) d une pile est représentée sur le graphe ci-dessous : L échelle des I : 0,05 ma / division a) Déterminer la fem E et la résistance interne r de la pile. Cette pile est utilisée pour alimenter une petite lampe. La tension entre ses bornes vaut alors U PN = 4,1 V. b) Déterminer l intensité du courant débité par la pile. c) Quelle est la puissance électrique fournie au circuit? d) Quelle est l énergie dissipée par effet Joule dans la pile si elle fonctionne pendant 30 minutes? exercice 4 : Un générateur débite un courant d intensité I =1,0 A quand il est branché aux bornes d un conducteur chimique de résistance R = 11 Ω et un courant d intensité I = 4,0 A quand il est branché aux bornes d un conducteur ohmique de résistance R = 2,0 Ω. a) Calculer la tension aux bornes du générateur dans les deux cas. b) En déduire sa fem E et sa résistance interne r. c) Calculer dans chacun des cas : - La puissance totale convertie ; - La puissance électrique fournie ; - La puissance dissipée par effet Joule. 3
exercice 5 : Un moteur fonctionnant sous une tension U AB = 24 V est utilisé pour soulever une charge de masse m = 20kg d une hauteur h = 1,50 m. a) Calculer la variation d énergie potentielle de la charge quand elle passe de la position basse à la position haute. On prendra : g = 10 N.kg -1. b) A cause des frottements mécaniques, on admet que seulement 75% de l énergie mécanique fournie par le moteur est transmise à la charge. En déduire l énergie mécanique fournie par le moteur. c) La montée de la charge a une durée de 16,0s. Calculer la puissance mécanique fournie par le moteur. d) Pendant la montée de la charge, le moteur est traversé par un courant d intensité I = 1,5 A. Quelle est la résistance interne r du moteur? e) Calculer l énergie dissipée par effet Joule pendant la montée de la charge. f) Calculer le rendement électrique du moteur, puis le rendement global de l installation. Que remarque-t-on? exercice 6 : Tous les conducteurs chimiques ont la même résistance R. Calculer la résistance équivalente à chacune des associations suivantes. 4
exercice 7 : Un générateur idéal de force électromotrice E = 12 V est utilisé pour alimenter le «pont de résistances» représenté sur le schéma ci-dessous. a) Déterminer la résistance équivalente à l ensemble et en déduire l intensité I du courant débité par le générateur. b) Calculer les intensités I 1 et I 2 des courants qui circulent respectivement dans les branches ADC et ABC. c) En déduire la tension aux bornes de chaque conducteur. d) Calculer les puissances consommées et vérifier la conservation de l énergie électrique pour ce circuit. e) Calculer la tension U BD f) Que se passe-t-il si on place un fil conducteur entre ces deux points? g) Calculer la nouvelle résistance équivalente et vérifier qu elle est bien égale à la précédente. Données R 1 = 20 Ω, R 2 = 5,0 Ω, R 3 = 15 Ω, R 4 = 60 Ω 5
exercice 8 : niveau difficile On donne le circuit suivant : Pour chaque réponse donner l'expression littérale, puis la valeur de la grandeur recherchée. 1. On prend R = 10 W, R 1 = 2R et R 2 = 3 R. a) Quelle est la résistance équivalente au circuit? b) Déterminer l'intensité du courant i. c) Déterminer les tensions U AB et U DC. 2. Dans cette partie R = R 1 = R 2. a) Quelle doit être la valeur de R pour que l'intensité du courant soit i= 0,40 A? b) Quelle est alors l'énergie dissipée par effet-joule en 1 min dans le circuit? c) Quelle est l'énergie fournie au circuit par le générateur pendant ce même laps de temps? d) On ouvre l'interrupteur K, déterminer les tensions U AB et U DC. exercice 9 : On dispose du matériel suivant : une pile "9 V", cinq conducteurs ohmiques de résistances R= 20 W, deux multimètres, des fils, un jouet ( petite grue doté d'un moteur électrique), une notice du moteur de la grue sur laquelle on peut lire " puissance électrique maximale tolérée = P max = 3 W". Tension aux bornes du moteur électrique U= E'+ r' I avec E' : force électromotrice du moteur et r': résistance électrique du moteur Etude de la pile : on réalise un montage qui permet de tracer la caractéristique intensité-tension de la pile, c'est à dire la courbe représentant l'évolution de la tension U PN aux bornes de la pile en fonction de l'intensité I qu'elle débite. 6
1. Déterminer les valeurs de la fem E et de la résistance interne r de la pile. 2. On relie brièvement les deux bornes de la pile par un fil de jonction ( de résistance nulle). Quelle est la valeur de la tension aux bornes de la pile? Quelle est la valeur de l'intensité délivrée par la pile? 3. On défait le montage précédent et on monte en série la pile et deux conducteurs ohmiques de résistance R. Quelle est l'intensité du courant à travers ce circuit? Etude du moteur de la grue : On décide de faire fonctionner le moteur grâce à la pile de 9 V. 4. Dans un premier temps, on envisage de relier directement la pile aux bornes du moteur. L'intensité du courant dans ce circuit est alors I= 0,75 A. Le moteur est-il endommagé? Justifier. 5. Dans un deuxième temps, on envisage de monter en série, la pile, un résistor de résistance R'= 5 W et le moteur. Comment peut-on réaliser un dipôle ohmique de résistance R' = 5 W? Faire le schéma du circuit électrique réalisé. Utilisation de la grue : Une charge de masse m= 1 kg est posée au sol, à côté de la grue ; le fil indéformable est tendu. On fait tourner le moteur électrique pendant t= 5,0 s, ce qui a pour effet d'enrouler le fil sur l'arbre du moteur et ainsi de lever la charge d'une hauteur totale h= 75 cm. On considère que le mouvement de la charge est rectiligne et uniforme pendant la montée. L'intensité du courant dans le circuit vaut I= 0,5A g = 10 m/s². 7
6. a) Quelle est la tension aux bornes de la pile durant la montée de la charge? b) Calculer l'énergie électrique fournie par la pile en 5 s c) Calculer l'énergie totale engendrée par la pile en 5 s, c'est à dire la diminution d'énergie chimique contenue dans la pile. 7. On admet que les deux seules forces qui s'exercent sur la charge sont son poids et la force exercée par le fil ; On suppose que le travail mécanique fourni par le moteur est égal au travail de la force exercée par le fil sur la charge. a) Etablir l'expression de la puissance mécanique P m que développe le moteur durant la montée en fonction de h et de m. b) Quelle est l'expression de la fcem E' du moteur en fonction de P m? Calculer E 8