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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

1- La tension électrique :

Un circuit constitué d’un générateur (pile) et de deux résistances et sont montées en série.

Le générateur possède une borne + (potentiel le plus élevé) et la borne – (potentiel le moins élevé).

① Indiquer le sens du courant sur le schéma.

Toujours de la borne vers la borne

La

tension

électrique est une

grandeur algébrique

, on la représente par un

segment fléché

qui pointe vers la première lettre du symbole de cette tension.

Les tensions et sont opposées

② Indiquer sur le schéma la tension : . Faire de même pour les tensions : , et

La

tension électrique

s’exprime en

volts

et se mesure avec un

voltmètre

branché en dérivation. Pour mesurer la tension , la borne du voltmètre doit être branchée sur la borne A du dipôle et la borne COM du voltmètre doit être branchée sur la borne B du dipôle.

③ Positionner un voltmètre sur le schéma du circuit pour mesurer la tension . Indiquer la borne COM de ce voltmètre.

2- Loi des mailles

Un circuit électrique peut être constitué de plusieurs boucles (mailles). Une maille est un parcours fermé sur un circuit électrique à laquelle on associe un sens de parcours.

Dans une maille orientée (Une maille : ABCD), la somme des tensions fléchées dans le sens de parcours de la maille est égale à la somme des tensions fléchées dans l’autre sens.

(2)

Applications :

Exercice n°1 : A partir de ce circuit repérer les différentes mailles possibles. Puis écrire les différentes égalités possibles.

Exercice n°2 : Soit le circuit ci contre, comportant une pile, un moteur et deux ampoules.

et 2-1 Indiquer le sens du courant.

2-2 Indiquer sur le schéma la tension : . Faire de même pour les tensions : , et

2-3 Calculer les tensions suivantes : et en appliquant la loi des mailles.

Exercice n°3 : Soit le circuit ci contre, comportant un générateur et 5 résistances.

; ; ; 3-1 Indiquer le sens du courant.

3-2 Indiquer sur le schéma la tension : .

Faire de même pour les tensions : , , , et 3-3 Calculer les tensions suivantes : et en appliquant la loi des mailles.

(3)

3- L’intensité électrique :

L’intensité électrique

s’exprime en

ampère

(A) et se mesure avec un

ampèremètre

associé en série dans le circuit.

Pour mesurer une intensité positive, le courant doit entrer par la borne (A) de l’ampèremètre et sortir par la borne COM.

Un nœud est un point de jonction d’au moins trois fils de connexion.

Une branche est une portion de circuit située entre deux nœuds.

Exercice n°1 :

1-1 Indiquer le sens du courant sur le circuit ci contre.

1-2 Indiquer la borne COM de chaque ampèremètre.

1-3 Nommer par une lettre les nœuds dans le circuit.

Exercice n°2 :

2-1 Indiquer le sens du courant sur le circuit proposé.

2-2 Nommer par une lettre les nœuds dans le circuit.

2-3 Nommer toutes les branches du circuit.

4- Loi des nœuds

La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent

.

Courants arrivant au nœud N : et Courant quittant le nœud N : , et

Loi des nœuds :

(4)

5- Application Loi de nœuds

Exercice n°1 : Calculer les intensités manquantes en utilisant la loi des nœuds.

Exercice n°2 : Les intensités ; et de ce circuit en précisant pour chaque intensité, le nœud utilisé et écrire l’expression littérales avant les valeurs numériques.

On donne : ; ; .

RAPPELS de cours.

Loi des nœuds Loi des mailles

Rappels : Intensité électrique Rappels : Boucle,

nœud, branche Rappels : tension

électrique

(5)

1- Loi d’Ohm

Pour un conducteur ohmique (résistance ou dipôle résistif ou résistor), l’intensité et la tension sont des grandeurs proportionnelles.

2- Applications

Exercice n°1

: On applique une tension de aux bornes d’une résistance de 1-1 Rappeler la loi d’Ohm et exprimer en fonction de et .

1-2 Quelle est l’intensité qui circule dans ce conducteur ?

Exercice n°2

: L’intensité qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 Ω, est de 170 mA.

Rappeler la loi d’Ohm puis calculer la tension appliquée à ses bornes.

Exercice n°3 :

Un courant de 33,2 mA traverse un conducteur ohmique, lorsque la tension entre ses bornes est de 9 V.

3-1 Exprimer la résistance en fonction de la tension et l’intensité . 3-2 Calculer la valeur de la résistance du conducteur ohmique.

Symbole U R I

Grandeur Tension Résistance Intensité

Unité Volt

(V)

Ohm () Ampère (A)

Loi d’Ohm

(6)

Exercice n°4 :

Une résistance de 60  est traversée par un courant de 20 mA.

4-1 Quelle est la tension mesurée à ses bornes ?

4-2 La tension reste constante, que se passe t-il pour l’intensité dans le circuit si on augmente la résistance ?

4-3 Même question mais si l’on diminue la résistance ?

4-4 Quelle est l’intérêt de mettre des résistances dans un circuit ?

Exercice n°5

: On a tracé ci-contre la caractéristique d’une résistance .

5-1 Quelle est la tension mesurée pour une intensité de ?

5-2 Quelle est l’intensité mesurée pour une tension de ?

5-3 Calculer en Ohm, la valeur de cette résistance.

5-4 Tracer sur le graphique la caractéristique d’une résistance de . Expliquer votre démarche.

(7)

3- Association de résistances

3-1 Montées en série

On montre que l’association de plusieurs dipôles résistifs de résistance , , …. est équivalente à un dipôle de résistance telle que :

3-2 Montées en dérivation

On montre que l’association de plusieurs dipôles résistifs de résistance , , …. est équivalente à un dipôle de résistance telle que :

4- Application

Exercice n°1

Calculer la résistance équivalente dans chacune des associations. ( R1 = R3 = 100  ; R2 = 200 ).

Montage ① Montage ② Montage ③ Montage ④

A B C

R1 R2 A R1 C

R2

A R1 R2 C

R3 B

A R1 C

R2 B R3

(8)

Exercice n°2 : on a réalisé un diviseur de tension : ; ;

2-1 Quelle est la résistance équivalente de l’association et ? 2-2 Calculer l’intensité I du courant circulant dans le circuit.

2-3 Calculer la tension entre les bornes A et C. . 2-4 Calculer la tension entre les bornes C et B. .

Exercice n°3 : Le schéma schématisé sur le document comprend : Un générateur de tension

Une diode électroluminescente Un interrupteur poussoir Et une résistance .

On veut que l’intensité du courant dans la diode soit égale environ à .

La tension aux bornes de la diode est égale à .

3-1 Calculer la valeur de la résistance permettant d’obtenir cette intensité dans le circuit.

3-2 On dispose de trois résistances : , et . Laquelle choisir ?

(9)

1- Puissance nominale

L’indication portée sur le culot est la

puissance nominale

que doit recevoir par cette ampoule pour fonctionner dans des conditions

normales

d’utilisation. Dans notre exemple cette puissance est de .

2- La puissance électrique en courant continu

L’expression de la puissance électrique est donnée par :

3- Applications

Exercice n°1 : Lorsque cette ampoule fonctionne normalement, la tension appliquée est égale à , l’intensité ainsi mesurée est de . Calculer la puissance de cette ampoule.

Exercice n°2 : Exprimer en fonction de et de , puis calculer l’intensité qui circule dans ce fer à repasser.

Exercice n°3 : Une lampe de puissance est parcourue par une intensité de . 3-1 Exprimer en fonction de et de .

3-2 Calculer la tension de cette lampe.

Symbole P U I

Grandeur Puissance Tension Intensité

Unité Watt

(W)

Volt (V)

Ampère (A)

Résumé du cours

(10)

4

- Puissance - Energie

→ Plus un appareil est puissant, plus il va consommer de l’énergie.

→ Plus il fonctionne longtemps, plus il va consommer d’énergie.

L’énergie électrique consommée par un appareil dépend de sa puissance et de la durée de fonctionnement.

L’énergie électrique

transférée à un appareil électrique est égale au produit de sa

puissance par sa durée de fonctionnement .

Remarque : Multiples possibles.

→ Le kiloWatt (kW) : 1 kW  1 000 Watt

→ Le kilo.Watt.heure (kWh) : 1 kWh  1 000 W.h

Exercice n°1 : Cette ampoule fonctionne pendant une durée de .

1-1 Convertir le temps (t) en secondes.

1-2 Calculer l’énergie en Joules.

Exercice n°2 : Convertir les mesures suivantes :

200 Wh = ……….……. kWh 12 kWh = ……….. Wh

2,5 kWh = ……….. Wh 9 Wh = ……….….……. kWh

42,5 Wh = ………. kWh 0,4 kWh = ……….. Wh

Symbole P E

t

Grandeur Puissance Energie Temps

Unité internationale

Watt

Joule

seconde Unité usuelle Watt

Watt.heure

heure

Résumé du cours

(11)

5- Applications

Exercice n°1 : Un radiateur électrique fonctionne dans une journée 4 h 30 mn.

Sa puissance est de 1 800 W.

1-1 Convertir le temps (t) en heures.

1-2 Calculer l’énergie consommée en Wattheure dans cette journée.

1-3 Convertir en kiloWattheure le résultat trouvé.

Exercice n°2 : Dans un four électrique de puissance , la cuisson d’un poulet demande .

2-1 Convertir la puissance en Watt.

2-2 Convertir le temps en heure.

2-3 Exprimer l’énergie en fonction de la puissance et le temps. Et calculer l’énergie consommée en Watt.heure.

2-4 Le coût de est de d’euro. Calculer le prix en euro. (€) de la consommation électrique de cette cuisson.

Exercice n°3 : Calculer en Joules l’énergie absorbée par un radiateur électrique qui consomme un courant de sous une tension de pendant .

(12)

Exercice n°4 : Vous devez calculer la tension d’alimentation d’une résistance d’une bouilloire qui consomme en une minute sous une intensité de .

4-1 Convertir l’énergie en Joules.

4-2 Exprimer la puissance P en fonction de l’énergie (E) et le temps (t). Calculer la puissance (P) de cette bouilloire.

4-3 Exprimer la tension (U) en fonction de la puissance (P) et l’intensité (I). Calculer cette tension (U).

Exercice n°5 : Un circuit comprend, en série un générateur de tension à et un conducteur ohmique de résistance .

5-1 Quelle est l’intensité parcourant le circuit.

5-2 Calculer la puissance thermique dissipée.

5-3 Calculer l’énergie produite en joules lors d’une utilisation de 2 minutes.

Exercice n°6 : Une plaque de cuisson de résistance est traversée par un courant d’intensité . Calculer :

6-1 La tension (U) aux bornes de la plaque.

6-2 La puissance thermique dissipée par la plaque.

6-3 L’énergie consommée par la plaque pendant 1 h 15 minutes d’utilisation en Wattheure.

(13)

6- Loi de Joule

6-1 Définition

Dans un conducteur ohmique (une résistance), l’énergie électrique est intégralement transformée en chaleur. Ce phénomène porte le nom d’effet Joule.

La puissance électrique : et La loi d’Ohm : Si l’on remplace par cela donne :

Alors :

Si l’on remplace par cela donne :

Alors :

6-2 Avantages de l’effet Joule

Chaque fois que toute la puissance dissipée est utilisée pour chauffer : Exemples : Les radiateurs électriques ; les plaques de cuisson ; le ballon d’eau chaude ; la cafetière électrique….

6-3 Inconvénients de l’effet Joule

Chaque fois que la chaleur n’est pas souhaitable.

Exemples : Un moteur électrique ; une ampoule électrique … On parle alors de puissance perdue par effet Joule : Pertes Joules.

6-4 Application

Ex n°1 : Une bouilloire contient dans sa cuve une résistance :  L’intensité mesurée lors de son fonctionnement est de . Calculer la puissance dissipée par effet Joule de cette bouilloire.

symbole P R I U

Grandeur Puissance Résistance Intensité Tension Unités

internationales

Watt (W)

Ohm

() Ampère

(A)

Volt

(V)

(14)

1- Caractéristique d’un générateur

1-1 Définition

Un générateur électrique (pile) est un convertisseur d’énergie qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique a destination d’un ou plusieurs récepteurs.

1-2 Caractéristique Intensité-Tension d’une pile

Avec une pile, on a mesuré dans un circuit les valeurs de I et UPN.

On obtient le graphe ci-contre :

① Que constatez-vous ? Avec quel modèle mathématique peut-on associer cette courbe.

② Calculer la pente de la droite.

2- Loi d’Ohm pour une pile

La tension (U) aux bornes d’un générateur débitant un courant d’intensité (I) est donnée par la relation suivante :

Symbole U

PN

E r I

Grandeur Tension Force électromotrice (fem)

Résistance

interne de la pile Intensité Unités

internationales

Volt (V)

Volt (V)

Ohms

() Ampère

(A)

A V

RP

Calcul de la pente d’une droite

(15)

3- Mesure de la f.e.m. d’une pile

Il suffit de brancher directement un voltmètre aux bornes de la pile pour mesurer la force électromotrice d’une pile (fem)

4- Intensité coupe circuit

Si l’on relie deux bornes de la pile avec un fil métallique, on la met en coupe circuit. L’intensité du courant qui parcourt alors le circuit coupe. Elle porte le nom d’intensité coupe circuit. (ICC).

si U

PN

= 0 alors

U E

I I

CC

5- Générateur de tension parfaite

Un générateur de tension parfait ou idéal s’il maintient entre ses bornes une tension constante, indépendamment de l’intensité du courant qu’il débite. Cette tension est égale à la force électromotrice E.

Allure de la courbe d’un générateur parfait : U

I

6- Bilan énergétique et rendement d’un générateur

et

PU PE PJ

P

U

: Puissance utile

P

J

: puissance perdue par effet joule

P

E

: puissance engendrée ou puissance chimique Le rendement d’une pile :

N P

pile

E

chimique

perte s

E

Thermique

E

Électrique

(16)

7- Visualisation graphique de deux caractéristiques (Pile et résistance)

 Soit le circuit ci-contre :

Loi d’ohm pour une résistance : Loi d’ohm pour une pile :

Lorsque le circuit fonctionne :

Loi de Pouillet :

U (Volt)

I (Ampère)

Un circuit électrique constitué d’une pile de f.e.m. E = 6 V et d’une résistance de 40 . L’intensité mesurée dans le circuit est de 136 mA.

Exprimer r en fonction de I, E et R. Puis calculer la résistance interne (r) de la pile.

8- Applications

Exercice n°1 : On dispose d’une pile de f.e.m. et de résistance interne inconnue.

Pour déterminer , on mesure : pour une intensité . 1-1 Calculer la valeur de la résistance interne.

1-2 Quelle est la valeur de la tension lorsque l’intensité débitée vaut : .

A

V

Caractéristique d’une résistance

Point de fonctionnement du circuit Caractéristique

d’une pile

(17)

Exercice n°2

Soit une pile de f.e.m. et de résistance interne : .

2-1 Calculer les valeurs de la tension lorsque l’intensité débitée dans le circuit vaut : et .

2.2 Calculer l’intensité coupe circuit (ICC) de cette pile.

2-3 Tracer la caractéristique de cette pile.

(abscisse : 0,5 A  1 cm et ordonnée : 1 V  1 cm)

Exercice n°3

Une pile est caractérisée par sa f.e.m. et sa résistance interne .

3-1 Exprimer la tension entre ses bornes en fonction de , et , intensité du courant dans la pile.

3-2 Calculer la valeur de la tension lorsque l’intensité du courant .

3-3 Pour inférieur à , ce générateur n’est plus linéaire. Calculer la valeur de l’intensité limite

3-4 Tracer la caractéristique de cette pile.

(18)

Exercice n°4

On réalise le montage ci-contre.

On propose de calculer les intensités , et avec , . ; ; .

4-1 Calculer la résistance équivalente, noté , de l’association et .

Dessiner le schéma du circuit en série constitué du générateur, de la résistance et de la résistance équivalente .

4-2 Calculer la résistance équivalente, noté , de l’association en série de et . Dessiner le schéma du circuit constitué par le générateur et la résistance . 4-3 Calculer l’intensité du courant débité par le générateur dans se dernier circuit.

Cette intensité est celle du courant débité par le générateur dans le montage initial.

4-4 Connaissant la résistance calculer la tension . 4-5 Connaissant , en déduire les intensités et .

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