Question. Donnez deux exemples de matériaux conducteurs, isolants, conducteurs résistifs et semi-conducteurs. Exemples Isolants Semi-conducteurs Conducteurs résistifs Conducteurs Plastique, caoutchouc, verre, air, porcelaine Germanium, silicium Tungstène, fer, nichrome (alliage nickel-chrome), carbone Cuivre, aluminium, or, argent Référence : p. 2.54 Question.2 Identifiez les cas de courant alternatif. Courant alimentant un baladeur Courant obtenu à la sortie d un onduleur La foudre Son intensité est constante Exemples Oui Non Le courant d urgence provenant de génératrices lors des pannes d Hydro-Québec 30/0/07
Question.3 Nommez, dans l ordre, trois événements historiques se situant avant la pile de Volta et trois autres qui ont eu lieu après. Ordre Événement Thalès électrise l ambre par frottement / On observe l attraction entre la magnétite et le fer Référence : p. 6.9 Gilbert découvre que plusieurs matériaux peuvent être électrisés Musschenbroek découvre la bouteille de Leyde. Coulomb établit la loi qui porte son nom. 4 Volta met au point la pile électrique. Début de l électrolyse. Faraday découvre l induction électromagnétique Bell invente le téléphone / Edison invente le phonographe Hertz produit des ondes radio Marconi invente la radio Liaison radio transatlantique Question 2. Dans le circuit ci-dessous, dessinez la position des appareils et le type de branchement que vous utiliseriez pour mesurer : la DDP (tension) des deux résistors en même temps le courant qui les traverse. A V 30/0/07 2
Question 2.2 Un accumulateur de,5 Ah a déjà été utilisé pendant 3 heures avec un courant de 0,4 A. Combien de temps cet accumulateur peut-il encore être utilisé avec un courant de 0,5 A? Laissez la trace complète de votre démarche. Q = I t Q = 0,4A 3h =,2 Ah utilisés,5 Ah,2 Ah = 0,3 Ah restants Q = I t 0,3 Ah = 0,5 A t t = 2 heures Question 2.3 Dans un circuit simple, quelle modification doit subir la f.é.m. de la source afin que le courant demeure inchangé si on quadruple la valeur de la résistance équivalente? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. U R I U = 4 R I = 4 U = 2 La f.é.m. doit être quadruplée. Question 2.4 La résistance d un fil d acier de 8,5 m est de 0,2 Ω. Si on le remplace par un fil de 25,5 m dont la section représente la moitié du fil précédent, quelle est la résistance du nouveau fil? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. R = ρ L A ρ 3L ρ L R = = 6 = 6 R A A 2 2 R = 6 0, 2 Ω =,2 Ω 2 30/0/07 3
Question 2.5 Calculez, en kilowattheures, l énergie consommée par un micro-ondes de 200 W pour faire réchauffer un repas congelé pendant 4 minutes? Laissez la trace complète de votre démarche. 4 min E = P t = 200 W = 80 Wh = 0,08 kwh 60 min/h Question 2.6 Pourquoi le tambour d une sécheuse est-il relié à la mise à la terre? Afin d évacuer l accumulation d électricité statique des vêtements. Question 2.7 Deux charges distantes l une de l autre se repoussent avec une force de 3,098 N. Si la distance entre les deux charges devient quatre fois plus petite, quelle est maintenant la force de répulsion entre ces deux charges? Justifiez votre réponse à l aide de la formule appropriée. F k Q Q = d 2 2 k QQ2 k QQ2 k QQ2 F = = = 6 = 6 F 2 2 2 d d d 4 6 2 F = 6 3,098 N = 49,6 N 2 30/0/07 4
Question 2.8 La figure suivante illustre un électroaimant et un aimant qui s attirent. Complétez le schéma par les lignes de champ magnétique et les pôles manquants. N S N S Question 3. Associez les termes de gauche aux caractéristiques de droite. Termes Caractéristiques. Prise de courant a) Je mesure une différence de potentiel. 2. Ampèremètre b) Je représente une application utile de l effet Joule. 3. Voltmètre c) Je dois être branché en série. 4. Élément chauffant d) Ouvert, j empêche la circulation du courant. 5. Pile e) Je fournis du courant alternatif. 6. Interrupteur f) Je transforme le courant continu en courant alternatif. g) Je fournis du courant continu. e 2c 3a 4b 5g 6d Question 3.2 6 points a) Pour obtenir davantage de voltage avec plusieurs piles, est-il préférable de les brancher en série ou en parallèle? Expliquez pourquoi. Il faut relier les trois piles en série car dans un tel branchement, les tensions s'additionnent. b) Une source de 2 V alimente les deux phares d une automobile. Comment se fait-il que lorsqu un des phares brûle, l autre continue d être alimenté? Ils sont reliés en parallèle car avec un tel branchement, les deux phares sont indépendants. 30/0/07 5
Question 4. 8 points À l aide de la figure suivante, trouvez le courant dans chaque résistor ainsi que le courant total. R5 = R = R2 = R3 = R4 = La résistance équivalente de la portion en parallèle : (Il ne circule aucun courant dans R 2 puisque l interrupteur est ouvert.) = + = + = R3 4 = Ω R3 4 R3 R 4 2 2 La résistance équivalente du circuit simplifié en série : Réq = R + R5 + R3 4 = 3 Ω + 4 Ω + Ω = 8 Ω Le courant total et dans R et R 5 : U = R I 56 V = 8 Ω I I = 7 A fém éq T T T Puisque R et R 5 sont en série avec la source, I T = I = I 5 = 7 A Le courant dans R 3 et R 4 : Puisque R 3 = R 4, alors I 3 = I 4 = I T /2 = 3,5 A 30/0/07 6
Question 4.2 4 points La figure ci-dessous représente un circuit mixte. R=2Ω R2=2Ω R3=3Ω R4=3Ω R5=5Ω a) Dans quel(s) résistor(s) y a-t-il le plus grand courant? Justifiez votre réponse. R et R2 ainsi que R3 et R4 forment des portions parallèles du circuit où le courant total se divise. Il n y a que dans R5 que le courant total circule, c est donc dans celuici que le courant est le plus grand. b) Dans quel(s) résistor(s) les tensions sont-elles identiques? Justifiez votre réponse. Puisque R et R2 forment une portion parallèle du circuit, la tension dans ces 2 résistors est identique. Le même raisonnement, avec une tension différente, s applique à R3 et R4. 30/0/07 7
Question 5. Indiquez si les énoncés suivants sont vrais (V) ou faux (F). a) Les piles alcalines offrent l avantage de durer plus longtemps que les piles ordinaires ou de fournir un courant plus intense sur une courte durée. V b) Une pile ou une batterie que l on peut recharger est appelée un accumulateur. V c) Les piles rechargeables offrent l avantage de fournir une force électromotrice supérieure aux piles ordinaires. d) Les batteries des automobiles et des voitures électriques sont des accumulateurs au nickel-cadmium. e) Les piles rechargeables coûtent plus cher à l achat que les piles ordinaires ou les piles alcalines, mais selon l utilisation qu on en fait, la différence peut être récupérée. F F (au plomb) V Question 6. Un appareil de chauffage est branché à une prise murale. Comment variera la chaleur émise par effet Joule si cet appareil est remplacé par un autre dont la résistance est deux fois plus grande que celle du premier? Justifiez votre réponse à l aide des formules appropriées. Par U = R I, si R est multiplié par 2 alors I doit être divisé par 2 puisque U est constant à 20 V. Par l effet Joule : 2 2 2 I I 2 P = R I P = 2R = 2R = R I = P 2 4 2 2 2 La chaleur émise par effet Joule sera diminuée de moitié. 30/0/07 8
Question 6.2 Complétez le schéma de branchement sachant que : La prise A est une prise de chauffe-eau dont certains composants fonctionnent sur le 20 V et d autres sur le 240 V; La prise B est une prise double à un seul circuit. -20V 20V Prise A Prise B 0V Question 6.3 Dans le garage de votre père, plusieurs appareils électriques sont branchés. Il y a une scie ronde qui demande 5 A, un tour à bois qui demande 6 A et un banc de scie qui demande 2,5 A. De plus, l éclairage de la pièce demande environ,3 A. Sachant que notre bricoleur ne se servira jamais de deux appareils en même temps mais que la pièce doit être éclairée en tout temps, précisez quel calibre de fusible est nécessaire et expliquez votre choix. Courant maximum possible : I max = 5 A +,3 A = 6,3 A Un fusible de 20 ampères pour permettre l alimentation d un appareil et de l éclairage tout en les protégeant contre une surcharge. 30/0/07 9
Question 6.4 Soit un transformateur de baladeur branché au 20 V qui permet d obtenir 2 V à la sortie. a) De quel type de transformateur s agit-il? Expliquez. Un dévolteur, car la tension à la sortie est plus petite. b) Dans quelle proportion le nombre de tours du primaire est-il plus grand ou plus petit que le nombre de tours du secondaire? Justifiez votre réponse. U N 20 V 0 = = U N 2 V 2 2 Le nombre de tours du primaire est 0 fois plus grand que le secondaire. c) Si le courant à l entrée est de 0,35 A, quel est le courant à la sortie? U I2 20 V I2 = = I2 = 3,5 A U I 2 V 0,35 A 2 Question 6.5 La résistance d un corps humain est d environ 695 Ω. S il est soumis à une tension de 240 V, calculer le courant qui traversera le corps et préciser les dommages possibles. U = R I I = U/R = 240 / 695 = 0,34 A ou 340 ma Comme I > 80 ma la personne risque fortement de mourir par électrocution car : 80 ma arrêt cardiaque + 200 ma arrêt respiratoire et brûlures graves 30/0/07 0
Question 6.6 Parmi les énoncés ci-dessous se rapportant au moteur électrique et/ou au générateur, indiquez ceux qui sont vrais. a) Dans un générateur, une bobine placée dans le champ magnétique d un aimant et parcourue par un courant entraîne un mouvement de rotation. b) Le rotor est la partie mobile d un moteur électrique ou d un générateur. c) Contrairement au générateur, le moteur électrique convertit de l énergie mécanique en énergie électrique. d) Un alternateur est un générateur de courant alternatif. e) Dans un générateur, la conversion d énergie est basée sur le principe de l induction électromagnétique. Question 6.7 Pourquoi les cartes de guichet automatique sont-elles munies d une bande de lecture magnétique? La bande contient une série de micro-aimants dont l agencement de l orientation définit un code d accès personnel. 30/0/07