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Transfert d'énergie
dans un circuit électrique. Correction Cours |
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Programme 2011 : Programme 2020 : |
Exercices : énoncé avec correction |
1)- Exercice 5 page 170 : identifier des
récepteur :
Énoncé : 1)-
Parmi les dipôles suivants, identifier ceux qui sont des
récepteurs :
-
Lampe à incandescence,
-
Alimentation stabilisée
utilisée pour le laboratoire,
-
Moteur électrique,
-
Accumulateur,
-
DEL,
-
Résistance,
-
Électrolyseur. 2)-
Pour chaque récepteur, indiquer comment est convertie
l’énergie électrique. |
1)-
Dipôles qui sont des récepteurs :
-
Lampe à incandescence
-
Moteur électrique,
-
DEL : diode
électroluminescente
-
Résistance,
-
Électrolyseur. 2)-
Type de conversion de l’énergie électrique :
-
Lampe à incandescence :
-
Rayonnement et chaleur.
- Dans les lampes à incandescence : - Un filament de tungstène est porté par effet Joule à une température d’environ 2500 ° C. - Le filament émet
de la lumière (énergie rayonnante WR).
-
Le filament est placé dans
une ampoule qui contient un gaz inerte pour éviter qu’il
brûle.
-
Énergie thermique : chaleur
Q.
-
Moteur électrique :
-
Travail mécanique et chaleur.
- On considère la chaîne énergétique suivante : - Un générateur
électrique qui alimente un moteur qui élève un objet de
masse m d’une
hauteur h.
-
Le générateur fournie
l’énergie électrique Ee.
-
Le moteur
électrique transforme une partie de cette énergie en énergie
mécanique Em.
-
Inévitablement de l’énergie
Q est dissipée par effet Joule et par les
frottements.
-
Schéma de la chaîne
énergétique :
-
DEL : diode
électroluminescente : Principalement du rayonnement.
-
Énergie
-
Résistance :
-
Chaleur et rayonnement - L’énergie électrique reçue par le conducteur ohmique est cédée à l’extérieur sous forme - de chaleur Q - et de rayonnement
WR
(dans certains cas): c’est l’effet Joule.
-
Électrolyseur :
-
Énergie chimique et chaleur.
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2)- Exercice 8 page 170 : Représenter une tension aux bornes d'un récepteur.
Énoncé : Un voltmètre mesure la tension aux
bornes A et B d’un moteur alimenté par un
générateur G.
1)- Quelle tension est mesurée par le
voltmètre ? 2)- Le voltmètre affiche – 4,5 V.
Dans quel sens circule le courant électrique dans le moteur
? 3)- Reproduire le schéma et indiquer
le branchement de l’ampèremètre permettant de mesurer
l’intensité I du courant qui traverse le moteur. |
Correction : 1)- Tension mesurée par le voltmètre. -
Comme la borne V du voltmètre est
reliée au point A du circuit et la borne COM
au point B du circuit, le voltmètre mesure la tension
UBA -
Schéma : 2)- Sens de circulation du courant
électrique dans le moteur. -
La tension UBA = – 4,5 V -
Or : UBA = – UAB -
La tension UAB = 4,5 V, est
positive. -
Le moteur est un récepteur du courant. -
La borne A est reliée à la borne plus
+ du générateur. -
La borne B est reliée à la borne moins –
du générateur. -
Le courant électrique sort par la borne
+ du générateur. -
Dans la branche comprenant le moteur le
courant I circule de A vers B. -
Schéma : 3)- Schéma du branchement de
l’ampèremètre permettant de mesurer l’intensité I du
courant qui traverse le moteur. -
L’ampèremètre est branché en série avec le
moteur. -
Le courant entre par la borne
mA et sort par la borne
COM de l’ampèremètre. |
3)- Exercice 8 page 170 : Représenter une tension aux bornes d’un générateur.
Énoncé : On mesure la
tension aux bornes d’un générateur à l’aide d’un voltmètre schématisé ci-dessous.
La valeur
affichée est 6,00 V. 1)- La tension
mesurée par le voltmètre est-elle UPN ou UNP ? 2)- Représenter
la tension mesurée par un segment fléché. 3)- Indiquer le
sens du courant dans le circuit. |
Correction : 1)- Tension
mesurée par le voltmètre : - La valeur de la tension mesurée par le voltmètre est positive. - En conséquence, il mesure la
tension UPN. - La borne V du voltmètre est reliée à - la borne P du générateur et - la borne COM à la borne
N du générateur. -
Schéma : 2)-
Représenter la tension mesurée par un segment fléché. -
Schéma :
3)- Indiquer
le sens du courant dans le circuit. -
La borne P est la borne positive du
générateur. -
Par convention, le courant sort de la
borne positive du générateur. |
4)- Exercice 12 page 171 : Déterminer la valeur d'une énergie en courant alternatif.
Énoncé : La cuisson
d’un gâteau, dans un four dont le thermostat est sur la position 6,
dure 45 min. Alimenté sous
la tension du secteur (Ueff
= 230 V), ce four consomme une puissance moyenne de 1500 W. 1)- Calculer la valeur
de l’intensité efficace Ieff du courant électrique
parcourant la résistance chauffante du four. 2)- Déterminer la valeur de la résistance chauffante
R du four. 3)- Énergie électrique : a)-
Quelle est, en joule, l’énergie WE
consommée par la cuisson du gâteau ? b)-
Exprimer ce résultat en kWh. |
1)- Valeur de
l’intensité efficace Ieff du courant électrique
parcourant la résistance chauffante du four.
-
2)- Valeur de la résistance chauffante R du
four.
-
3)- Énergie électrique : a)-
Énergie WE consommée par la cuisson du
gâteau en joule :
-
WE = PE
. Δt = 1500 x 45 x 60
-
WE ≈ 4,1 x 106
J b)-
Énergie E consommée par la cuisson du
gâteau en kWh :
-
Or 1 kWh = 3600 x 103
J
-
Ou, on utilise la relation : WE
= PE . Δt
-
Avec PE = 1,500 kW
et Δt = 45 min = 0,75 h
-
PE =1,500 x 0,75
-
PE ≈ 1,1 kWh |
5)- Exercice 14 page 171 : Effectuer un bilan énergétique dans une résistance chauffante.
Énoncé : Une bouilloire électrique, alimentée par la tension du secteur de valeur efficace Ueff = 230 V, comprend un
conducteur ohmique de résistance R = 120 Ω. 1)- Quelle
est la loi de fonctionnement de ce récepteur ? 2)- Sous
quelle(s) forme(s) l’énergie électrique reçue est-elle convertie ? 3)- Quelle
énergie électrique cette bouilloire a-t-elle reçue lorsqu’elle
fonctionne pendant une durée de 2,0 minutes ? |
Correction :
1)- Loi de
fonctionnement de la bouilloire :
-
La bouilloire est un récepteur
électrique qui utilise l’énergie électrique fournie par le courant
du secteur.
-
Comme cette bouilloire utilise un
conducteur ohmique, la loi de fonctionnement de ce récepteur est la
Loi d’Ohm.
-
Ueff
= R . Ieff 2)- Les
formes d’énergie obtenues :
-
Chaleur et rayonnement
-
L’énergie électrique reçue par le
conducteur ohmique est convertie en chaleur Q (C’est l’effet
Joule)
-
et en rayonnement WR
(dans certains cas : lorsque la résistance devient incandescente): 3)- Énergie
électrique reçue par la bouilloire ?
-
WE = PE.
Δt avec : PE =
Ueff
. Ieff et
Ueff
= R . Ieff :
-
On tire : -
- On garde autant de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins. |
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