Phys. N° 08

Transfert d'énergie
dans un circuit électrique.
Correction
 

   


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Exercices : énoncé avec correction

1)- Exercice 5 page 170.

2)- Exercice 8 page 170.

3)- Exercice 9 page 170.

4)- Exercice 12 page 171.

5)- Exercice 14 page 171.

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.

Lampe

Énergie

Électrique

WE

=>

Chaleur Q

Rayonnement WR

 

-      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.

Moteur

Énergie

Électrique

WE

=>

Énergie Mécanique WM

Chaleur Q

 

-      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 : WR

-      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.

Électrolyseur

Énergie

électrique

WE

=>

Énergie chimique W ch

Chaleur Q

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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.

 

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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-contre.

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.

 

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4)- Exercice 12 page 171 : Déterminer la valeur d'une énergie en courabnt 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.

-     Ieff = 6,52 A

2)- Valeur de la résistance chauffante R du four.

-     R = 35,2 ohm

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

WE = 1,1 kWh

-    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

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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 :

 Bouilloire

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):

 résistance 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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