3e
Devoir de sciences physiques n°2 (Électricité)
2011-2012Nom :... Classe : …...
Prénom :... Date : …...
Connaître (C) : .../9,5 Appliquer (A) : .../ 11,5 Raisonner (R) : .../2 Communiquer (Co): ..../3 Le devoir devra être rédigé sur une copie double, et le sujet inséré dans cette copie. Il comporte deux exercices indépendants qui pourront-être traités dans l'ordre voulu. Le barème est donné à titre indicatif.
L'usage des calculatrices est autorisé.
Exercice 1 : Étude d'une installation électrique domestique (14,5 points)
C A R Co
On souhaite étudier l'installation électrique d'une habitation, schématisée ci-dessous.
Le compteur mesure l'énergie électrique consommée par l'habitation en kilowattheure (kWh).
Le disjoncteur a lui entre autre rôle de protéger l'installation contre les surintensités, il coupe le courant dés que l'intensité du courant qui entre dans l'habitation dépasse une certaine valeur.
I) Étude de la tension du secteur fournie par EDF :
La tension électrique fournie par EDF, appelée tension du secteur est sinusoïdale et sa tension efficace vaut U = 230V.
1-a) Parmi les trois oscillogrammes représentés ci dessous, indiquez celui qui correspond à la tension du secteur.
Oscillogramme n°1 Oscillogramme n°2 Oscillogramme n°3
1-b) Indiquer les caractéristiques de la tension du secteur (continue, variable, alternative, périodique …)
2-a) A l'aide de l'oscillogramme fourni en annexe (page 3), déterminer la valeur de la
1
Note : /25
tension maximale Umax (Le réglage de l'oscilloscope est précisé sur l'oscillogramme).
2-b) Cette valeur est-elle identique à la tension efficace donnée au début de l'exercice ? Expliquer.
3-a) Directement sur l'oscillogramme en annexe, représenter la période de la tension par une double flèche horizontale.
3-b) En déduire la valeur de la période T en seconde de cette tension.
3-c) Rappeler la relation mathématique qui existe entre la période T d'une tension et sa fréquence f. Préciser les unités des grandeurs.
3-d) Calculer la fréquence en hertz de cette tension.
II) Bilan de puissance de l'installation :
4-a) Rappeler la relation mathématique qui existe entre la puissance P d'un dipôle, la tension efficace U à ses bornes et l'intensité efficace I du courant qui le traverse.
Préciser les unités des grandeurs.
4-b) Déterminer l'intensité du courant électrique qui traverse le radiateur de puissance P1 = 2500 W, sachant que la tension efficace à ses bornes est de 230V.
5- On donne les puissances des appareils de l'installation électrique Lampe : P2 = 100 W
Lave-linge : P3 = 1000 W
5-a) Calculer la somme des puissances Ptotal de cette installation électrique ? 5-b) En déduire l'intensité du courant Itotal du courant qui entre dans la maison.
6- On branche sur la prise de courant un fer à repasser de puissance P4 = 800 W.
6-a) Calculer l'intensité I'total du courant qui entre alors dans l'installation électrique.
6-b) En déduire ce que va faire le disjoncteur sachant qu'il est réglé sur 16A.
Exercice 2 : Étude d'une facture EDF (8,5 points) On étudie la facture EDF fournie en annexe (page 4)
1- Indiquer le montant total à payer.
2- Quelle est l'unité légale de l'énergie électrique ?
3-a) Quelle est l'unité utilisée par EDF pour mesurer l'énergie électrique consommée par ses clients.
3-b) Relever la consommation d'énergie électrique sur la facture.
4- Le montant total à payer est-il proportionnel à l'énergie électrique consommée ? Justifier votre réponse.
5-a) Rappeler la formule mathématique qui existe entre l'énergie électrique E consommée par un dipôle de puissance P qui fonctionne pendant une durée t. On précisera les unités des grandeurs.
5-b) Calculer en kilowattheure l'énergie électrique consommée par le radiateur de puissance P = 2500 W qui fonctionne pendant une durée t = 12h.
5-c) Relever sur la facture le prix du kilowattheure facturé par EDF.
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5-d) En déduire le coût de fonctionnement en euros du radiateur pendant 12h
Présentation et soin de la copie (1 point) Rédaction des réponses et orthographe (1 point) Rigueur des raisonnements et démonstrations (1 point)
ANNEXES
Annexe 1 : Oscillogramme de la tension du secteur
3
Réglages de l'oscilloscope :
Vertical : 160V / div
Horizontal : 4 ms / div
Annexe 2 : Facture EDF
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