NE PAS ÉCRIRE SUR LE QUESTIONNAIRE CORRIGÉ PRÉ-TEST SCP-4011-2 L ÉLECTRICITÉ, ÊTES-VOUS AU COURANT? TOTAL: /78 pts FORME B Seuil de réussite 78 % (58 points). Sous-comité de la formation générale de la Montérégie Avril 1997 Version corrigée: Équipe sciences Lemoyne d'iberville, Septembre 2006 Révisé par Dominique Arpoulet, Centre des 16-18, Décembre 2007 SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 1
QUESTION 1 (3 pts) Classez les éléments suivants selon qu'ils soient isolants, conducteurs ou semiconducteurs : Silicium aluminium eau caoutchouc plastique germanium cuivre bois sec Conducteur x x x Isolant x x x Semi-conducteur x x QUESTION 2 (3 pts) Répondez par vrai ou faux V F V a) Dans nos maisons, le courant obtenu dans une prise est alternatif. b) Il est présentement plus économique de transporter l'énergie électrique sous forme de courant continu dans une ligne à haute tension. c) Les piles et les batteries produisent des courants continus. QUESTION 3 (3 pts) a) Placez en ordre chronologique les événements suivants : B-A-C A) Franklin invente le paratonnerre. B) Thalès découvre l'attraction électrique de l'ambre frotté. C) Volta met au point la première pile. b) Placez en ordre chronologique les événements suivants : B-A-C A) Apparition des premières boussoles B) On observe l'attraction entre la magnétite et le fer. C) Faraday découvre l'induction électromagnétique. SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 2
QUESTION 4 (3 pts) Pour chacun des énoncés suivants, identifiez le type d'appareil utilisé. Identifiez aussi par la lettre A, B ou C l'endroit où cet appareil doit être branché dans le circuit. B A R 1 C R 2 a) C'est l'appareil qui mesure la force électromotrice. Nom: Voltmètre Endroit: C b) C'est l'appareil qui mesure la tension aux bornes de R 1 Nom: Voltmètre Endroit: B c) C'est l'appareil qui mesure l'intensité du courant. Nom: Ampèremètre Endroit: A QUESTION 5 (3 pts) Un baladeur fonctionne avec un courant de 0,04A. On le laisse fonctionner pendant 30 minutes. Quelle sera la charge fournie par les piles qui l'alimentent? Donnez votre réponse en Coulombs et en Ampères-heures I = 0,04A t = 30 min Q =? Q = I t Q = 0,04A x 30 min x 1 h 60 min Q = 0,04A x 30 min x 60 s 1 min = 0,02 A.h = 72 A.s = 72 C SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 3
QUESTION 6 (3 pts) Observez le circuit suivant : I = 55 ma ε R Que deviendra l'intensité du courant électrique si l'on change la résistance pour une autre trois fois plus petite? U = RI I est inversement proportionnel à R, donc si R est 3x plus petit grand I = 3 x 55 ma = 165 ma I sera 3x plus QUESTION 7 (3 pts) Un fil de cuivre de 0,5 cm de rayon transporte des courants à haute tension. Il possède une résistance de 9Ω entre deux pylônes. On désire réduire les pertes d'énergie en diminuant sa résistance à 1Ω. Quel devrait être le nouveau rayon du fil de cuivre qui permettra de réduire ainsi la résistance? La solution complète est exigée. r = 0,5 cm r =? R = 9Ω si R = 1Ω R = ρl et A = πr 2 r 2 A = r= A π A π R est inversement proportionnel à A, donc si R est 9x plus petit (on passe de R=9Ω à R=1Ω) alors, A sera 9x plus grand comme r = A, le rayon du fil sera donc 3x plus grand (r = 9 = 3) Donc r = 3 x 0,5 cm = 1,5 cm SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 4
QUESTION 8 (3 pts) Une radio cassette possède la fiche signalétique suivante: Power source SA AC: 120V 60 Hz 12 watts input La radio fonctionne en moyenne une heure par jour avec la moitié de sa puissance maximale. Quelle sera sa consommation en kilowatts heures pour une année? P = 12W 2 = 6W (moitié de sa puissance max) t = 1h E =? E = Pt E = 6Wx 1 kw 1 000W x 1h x 365 jours = 2,19 kw.h QUESTION 9 (3 pts) Après s'être brossée les cheveux longuement afin qu'ils soient bien souples, Maryse approche sa brosse à cheveux d'un filet d'eau s'écoulant du robinet. Elle fut surprise de constater que le filet d'eau s'approchait de la brosse. Expliquez ce phénomène. En brossant ses cheveux, la brosse de Maryse est devenue chargée par frottement. En l'approchant du filet d'eau, le côté le plus rapproché de l'eau devient chargé de signe opposé par induction. Les charges de signes contraires s'attirent. SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 5
QUESTION 10 (3 pts) Deux sphères conductrices chargées positivement, exercent une force de 240N l'une sur l'autre lorsqu'elles sont distantes de 4m. Que deviendra cette force si on diminue la distance à 2m? d A) 60N B) 120N C) 240N D) 480N E) 960N Sphères conductrices Supports isolants F = k Q 1 Q 2 d 2 F est inversement proportionnel au carré de la distance, si d est 2x plus petit, d 2 sera alors 4x plus petit, et F sera 4x plus grand F = 240N x 4 = 960N QUESTION 11 (3 pts) Tracez les lignes de champs magnétiques pour les deux aimants illustrés. Prenez soin de préciser le sens du champ par des flèches. S N N S SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 6
QUESTION 12 (3 pts) Associez les composantes d'un circuit électrique aux énoncés qui leur conviennent. 1) Interrupteur F 2) Disjoncteur A 3) Fils C 4) Source B 5) Appareil E 6) Résistor D A) Sert à ouvrir le circuit lorsque le courant devient trop grand. B) Sert à fournir l'énergie électrique au circuit. C) Transporte l'énergie électrique. D) Dépense l'énergie électrique en produisant de la chaleur. E) Dépense l'énergie électrique. F) Sert à ouvrir ou fermer le circuit sur commande. QUESTION 13 (6 pts) Dans la salle de cours de mon école, il y a vingt néons au total pour nous éclairer. Les vingt néons sont allumés par un seul interrupteur à l'entrée de la salle. a) Dites si l'interrupteur est branché en série ou en parallèle avec les néons. Expliquez votre réponse. L'interrupteur est branché en série avec les néons de façon à forcer le courant électrique à le franchir avant d'atteindre les néons. De cette façon l'interrupteur peut permettre ou non au courant d'atteindre ceux-ci. b) Dites si les néons sont branchés en série ou en parallèle les uns avec les autres. Expliquez votre réponse. Les néons sont branchés en parallèle entre eux de façon à ce que chaque néon puisse fonctionner lorsqu'un ou plusieurs néons ne fonctionnent pas. SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 7
QUESTION 14 (4 pts) Observez le circuit suivant: I R 1 = 5Ω R 2 = 10Ω Ε = 6V R 3 = 5Ω Calculez l'intensité du courant total I dans le circuit ainsi que la tension aux bornes de R 2. ε = R eq I donc I= ε R eq Pour trouver I ε = 6V R eq = 5Ω + 10Ω + 5Ω = 20Ω (Car il s agit d un circuit en série) I = 6V = 0,3A 20Ω Pour trouver U 2 R 2 = 10Ω I = 0,3A U 2 = R 2 I U 2 = 10Ω X 0,3A = 3V SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 8
QUESTION 15 (4 pts) Observez le circuit suivant: I I 2 = 2A Ε = 20V R 1 = 5Ω R 2 =? Calculez la valeur de R 2 ainsi que l'intensité totale I du courant dans le circuit. Il s agit d un circuit en parallèle donc E = U 1 = U 2 = 20V Pour trouver R 2 U 2 = 20V I 2 = 2A U 2 = R 2 I 2 U 2 R 2 = = 20V = 10Ω I 2 2A Pour trouver I total, il faut trouver I 1 U 1 = R 1 I 1 U 1 I 1 = = 20V = 4A 5Ω R 1 I total = I 1 + I 2 = 4A + 2A = 6A SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 9
QUESTION 16 (4pts) Pour le circuit suivant, utilisez les symboles =, < ou > selon les besoins. I 1 R 1 = 5Ω I 2 I 3 ε R 2 = 5Ω R 3 = 10Ω a) I 1 > I 2 c) U 2 = U 3 b) ε > U 1 d) I 2 > I 3 QUESTION 17 (3 pts) Associez le type d'appareil à la source qui lui convient le mieux. A) Jouets d enfants 1) Accumulateur B) Détecteur de fumée 2) Pile C) Automobile 3) Batterie QUESTION 18 (3 pts) Dans le transport de l'électricité sur de longues distances (des centrales aux villes), il faut tenir compte de l'effet joule. En vous référant aux formules, dites s'il faut minimiser ou maximiser l'effet joule et de quelle façon s'y prend-on? La puissance électrique perdue sous forme de chaleur par un fil se calcule avec la formule P= RI 2. Cette perte de chaleur s appelle l effet joule. Ainsi plus l intensité du courant est forte, plus les pertes sous forme de chaleur sont grandes. Alors pour minimiser les pertes, Hydro- Québec effectue le transport de son électricité avec des lignes à haute tension, car pour une puissance donnée plus le voltage est élevé plus l intensité est faible (P = UI). Ainsi la perte sous forme de chaleur est moins grande donc l effet joule est moins important. SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 10
QUESTION 19 (3 pts) Expliquez pourquoi on accroche une chaîne conductrice à l'armature des camions qui transportent des matières inflammables ou explosives. Les camions subissent des frictions aux essieux ce qui produit de l'électricité statique. Ce phénomène risque de provoquer des étincelles qui peuvent être catastrophiques. La chaîne sert de mise à la terre neutralisant ainsi la charge du camion. QUESTION 20 (6 pts) Alphonsine Lapasfine décide d aménager une salle de bain dans son sous-sol afin de faire plus de place aux nouveaux venus (des triplets). Elle voudrait bien avoir une prise électrique pour le séchoir et le rasoir et deux lumières avec interrupteurs indépendants. De plus, elle désire y installer la laveuse et la sécheuse à linge. Joséphin Paplufin décide de vous consulter pour l'installation électrique. Répondez aux questions suivantes : a) Quels seront les types de prises? 1. Une prise avec disjoncteur intégré pour plus de sécurité, car celle-ci se trouvera près de l eau. 2. Une prise double pour la laveuse (120V) 3. Une prise de sécheuse (240V) b) Quels sont les éléments qui peuvent être branchés en série? Les interrupteurs avec les lumières. c) Si on veut minimiser le filage, on peut utiliser une dérivation universelle pour quels éléments? Tous, sauf la sécheuse. SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 11
d) Quelles sont les couleurs des fils qui doivent être utilisés pour alimenter la sécheuse? Le fil noir avec le fil rouge afin d obtenir 240V. Tableau d entrée de la maison Noir Blanc Rouge e) Quelles sont les couleurs des fils qui doivent être utilisés pour alimenter la laveuse (2 possibilités)? Le fil blanc avec le noir ou le fil blanc avec le rouge de façon à obtenir 120V. QUESTION 21 (3 pts) On transporte l'énergie électrique sous une tension de 40 000V jusqu'à une usine de raffinerie. Sachant que cette usine utilise des tensions aussi élevées que 10 000V, répondez aux questions suivantes: a) Quel sera le type de transformateur (survolteur ou dévolteur) utilisé à l'entrée de l'usine? Dévolteur b) Si le transformateur possède 200 tours d'enroulement à l'entrée, combien en possédera-t-il à sa sortie? N 1 = U 1 200 tours = 40 000V N 2 = 200 x 10 000 N 2 U 2 N 2 10 000V 40 000 N 2 = 50 tours SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 12
c) Si l'intensité du courant est de 20A à l'entrée, quelle sera-t-elle à sa sortie? U 1 I 1 = U 2 I 2 I 2 = U 1 I 1 = 40 000 x 20 = 80A U 2 10 000 QUESTION 22 (3 pts) Amadeus, un grand amateur d'heavy métal, décide d'écouter sa musique préférée en prenant son bain. Puisqu'il adore écouter la musique à un volume très élevé, il se sert d'une rallonge pour installer son radiocassette près de la baignoire pendant qu'il relaxe. Expliquez en quoi sa conduite est dangereuse? Amadeus pourrait se faire électrocuter. En effet si le radiocassette tombe dans la baignoire ou bien si Amadeus l'éclabousse, il y a possibilité de courtcircuit. QUESTION 23 (3 pts) Les énoncés suivants s'appliquent soit aux moteurs ou soit aux générateurs. Associez chacun des énoncés à l'appareil auquel il s'applique. Moteur Générateur A) Il transforme l'énergie mécanique en énergie électrique. B) Il transforme l'énergie électrique en énergie mécanique. C) Une bobine est parcourue par un courant, ce qui entraîne la rotation de l'arbre. D) La rotation de l'arbre est provoquée par une force externe, ce qui produit un courant dans la bobine. E) Le principe d'induction électromagnétique est à la base du fonctionnement de cet appareil. x x x x x x SCP 4011 Pré-test B Corrigé Page 13