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Exercices

Sommaire

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Exercice corrigé

13

Romain et le sapin de Noël.

Romain a un mini sapin de Noël décoré de trois guirlandes lumineuses alimentées par une pile de 4,5 V. Il mesure les intensités dans le circuit mais son ampèremètre tombe en panne avant qu’il ait pu mesurer l’intensité I3 qui traverse la guirlande bleue.
Données : I1 = 450 mA, I2 = 150 mA, I4 = 125 mA.
1.
Comment peut-il s’y prendre pour déterminer I sans la mesurer ? Quelle valeur trouvera-t-il ?
Doc. 1
Sapin de Noël.

Étapes de la méthode

  • Repérer le type de circuit (série ou dérivation), et le type de grandeur recherchée (intensité ou tension).
  • Citer la loi correspondante.
  • Appliquer la loi à l’exercice (écrire les bons symboles avec les bons indices).
  • Résoudre l’équation mathématique de façon littérale.
  • Faire l’application numérique (AN).
  • Souligner le résultat avec la bonne unité.

Corrigé :

  • On a un circuit en dérivation et on mesure des intensités.
    Ainsi, d’après la loi d’additivité des intensités, on a :
    I1 = I2 + I3 + I4
    Soit I3 = I1 − I2 − I4
    AN : I3 = 450 − 150 − 125 = 175 mA.
14

Amandine et la salle des fêtes.

Amandine a branché trois guirlandes colorées (jaune, bleue et rouge) pour décorer la salle des fêtes. Elle mesure avec un ampèremètre les intensités I1, I2, I3 mais celui-ci n’a plus de batterie. Amandine veut connaitre, sans la mesurer, l’intensité I4 qui traverse la guirlande bleue.

Données :
  • intensité dans la branche principale : I1 = 250 mA ;
  • intensité dans la guirlande rouge : I2 = 50 mA ;
  • intensité dans la branche des lampes jaunes : I3 = 125 mA.
1.
Comment doit-elle s’y prendre ?
2.
Quelle valeur trouvera-t-elle ?

Je m'entraine

15

Circuit série et intensité.

1.
Trace le schéma normalisé du circuit ci-dessous. Repère dessus les intensités I1 à I4 qui sont mesurées par les ampèremètres A1 à A4.
2.
L’ampèremètre A3 mesure une intensité I3 de 0,250 A. Que valent I1, I2 et I4 ?
Doc. 1
Circuit série et intensité.
16

Circuit série et tension.

1.
Trace le schéma normalisé de ce circuit.
2.
Que vaut la tension U2 mesurée aux bornes de l’interrupteur ?
3.
Le voltmètre V3 mesure une tension U3 de 2,5 V, le voltmètre V4 mesure une tension U4 de 3 500 mV. Que vaut la tension U1 mesurée aux bornes du générateur ?
Doc. 2
Circuit série et tension.
17

Circuit dérivation et tension.

1.
Trace le schéma normalisé de ce circuit.
2.
Le voltmètre V3 mesure une tension U3 de 6,05 V, le voltmètre V1 mesure une tension U1 de 6,07 V. Que vaut la tension U2 mesurée aux bornes de la lampe ?
Doc. 3
Circuit dérivation et tension.
18

Branches et noeuds.

1.
Trace le schéma normalisé du circuit ci-dessous.
2.
Indique avec des couleurs différentes les branches qui le composent.
3.
Indique les noeuds.
Doc. 4
Branches et nœuds.
19

Lois d’additivité de l’électricité.

1.
Énonce la loi d’additivité des intensités.
2.
Énonce la loi d’additivité des tensions.
20

Intensités différentes ?

Maud vient de réaliser le circuit électrique ci-contre. Elle ferme l’interrupteur et observe que la lampe L1 brille plus que la lampe L1. Elle se dit que l’intensité dans la lampe L2 doit être moins grande que celle dans L2.
1.
En utilisant la bonne loi électrique, explique à Maud pourquoi elle se trompe.
Doc. 5
Intensités différentes ?
21

Des mots pour une phrase.

Utilise les mots suivants pour retrouver les lois des intensités et des tensions.
1.
circuit série - intensité - identique.
2.
circuit dérivation - tension - branches dérivées - branche principale.

Une notion, trois exercices

22

Une voiture électrique

Le père de Léana vient de lui offrir, pour son anniversaire, une petite voiture électrique. Mais Léana est très curieuse. Elle se demande quel est le circuit électrique utilisé dans sa nouvelle voiture. Elle démonte alors la voiture et trouve un circuit en série composé d’une batterie, d’un moteur, de deux DEL et d’un interrupteur. Elle fait fonctionner sa voiture et mesure la tension aux bornes du moteur (8 V) et des deux DEL (1 V pour chaque DEL). Elle remonte sa voiture et se rend compte qu’elle n’a pas mesuré la tension aux bornes de la batterie. Léana se dit qu’elle vaut environ 5 V (valeur intermédiaire entre 8 V et 1 V).
1.
Dessine le schéma normalisé du circuit.
2.
Rajoute sur le schéma, en les nommant, les trois voltmètres et les trois tensions mesurées.
3.
Applique la loi d’additivité des tensions.
4.
Calcule la tension aux bornes de la batterie.
22

Un pistolet à bulles

Le père de Léo vient de lui offrir, pour son anniversaire, un pistolet à bulles. Mais Léo est très curieux. Il se demande quel est le circuit électrique utilisé dans son pistolet. Il démonte alors son pistolet et trouve un circuit en série composé d’une batterie, d’un moteur, d’une DEL et d’un interrupteur. Il fait fonctionner son pistolet et mesure la tension aux bornes du moteur (3 V) et de la DEL (1,5 V). Il remonte son pistolet et se rend compte qu’il n’a pas mesuré la tension aux bornes de la batterie et de l’interrupteur. Léo se dit qu’elle vaut environ 4,5 V.
1.
Schématise le circuit.
2.
Explique pourquoi Léo n’avait pas besoin de mesurer la tension aux bornes de l’interrupteur.
3.
Calcule la tension de la batterie en utilisant la bonne loi.
22

La lampe frontale

Le père de Karim vient de lui offrir, pour son anniversaire, une lampe frontale. Mais Karim est très curieux. Il se demande quel est le circuit électrique de sa nouvelle lampe. Il démonte alors sa lampe et trouve un circuit en série composé d’une batterie, d’une DEL, d’une résistance et d’un interrupteur. Il fait fonctionner sa lampe et mesure la tension aux bornes de la résistance (2,25 V) et de la DEL (2,25 V). Il remonte sa lampe et se rend compte qu’il n’a pas mesuré la tension aux bornes de la batterie. Karim se dit qu’elle vaut 2,25 V.
1.
Calcule la tension de la batterie et indique si Karim s’est trompé ou non.

J'approfondis

23

Circuit en dérivation et intensité.

1.
Trace le schéma normalisé de ce circuit et précise en quelles branches du circuit circulent les intensités I1 et I3 mesurées par les ampèremètres A1 et A3.
2.
L’ampèremètre A1 mesure une intensité I1 de 0,325 A. L’ampèremètre A2 mesure une intensité I2 de 45 mA. Que vaut I3 ?
Doc. 1
Circuit en dérivation et intensité.
24

Grillée ou pas ?

Léonie réalise le montage du schéma ci-après. Cependant la lampe L2 ne brille pas.
1.
Propose une explication au fait que L2 ne brille pas.
2.
On remplace la lampe L2 par une autre lampe L3.
Quelle sera la tension aux bornes de la lampe L3 ?
Doc. 2
Grillée ou pas ?
25

Le sapin de Noël de Valentin.

Valentin veut illuminer son sapin avec plusieurs guirlandes électriques identiques. Par ailleurs, il a lu qu’une surintensité pouvait entrainer un incendie. Il branche alors ses guirlandes sur une multiprise. En bon scientifique, il va mesurer dans la branche principale l’intensité qui traverse la multiprise, pour voir s’il y a ou non des risques. Il récapitule ses mesures dans le tableau ci-dessous.
1.
Trace le graphique représentant le nombre de guirlandes en fonction de l’intensité I.
2.
Quelle courbe obtiens-tu ?
3.
Donne la relation mathématique qui lie I et N.
4.
Le fusible qui protège la multiprise a une valeur de 16 A. Combien de guirlandes peut-il brancher ?
I (mA)N (nombre de guirlandes)
00
5501
1 1002
1 6503
2 2004
2 7505
3 3006
Doc. 3
Le sapin de Noël de Valentin
26

Intensité et tension dans un circuit en série.

1.
Recopie et complète le schéma.
2.
Que valent les intensités qui traversent la DEL et le moteur ?
3.
Que vaut la tension aux bornes du moteur ?
Doc. 4
Intensité et tension dans un circuit en série.
27

Plus ou moins de boucles.

Voici le schéma d’un circuit qui comporte plusieurs branches dérivées. Toutes les DEL et les résistances sont identiques. On ferme K1. K2, K3 étant ouverts, I2 vaut alors 100 mA.
1.
Recopie le schéma et surligne la branche principale et les branches dérivées avec des couleurs différentes.
2.
Place et nomme les intensités dans chaque branche.
3.
K1 et K3 étant fermés et K2 ouvert, que vaut I1 ? Justifie ta réponse.
4.
K1, K2, K3 étant fermés, que vaut I1 ?
Doc. 5
Plus ou moins de boucles.
28

Drone en panne.

Le drone de Guillaume est en panne : l’un des deux moteurs ne fonctionne plus. Guillaume veut le remplacer par celui de sa vieille voiture télécommandée qui fonctionne bien et dont les valeurs nominales sont 6 V et 300 mA. Le générateur ne pouvant fournir que 800 mA, Guillaume veut s’assurer que le drone pourra vraiment refonctionner : il mesure les intensités dans les autres branches du circuit du drone où figurent également deux lampes. Schéma normalisé du circuit du drone :
1.
Le générateur pourrait-il faire fonctionner le drone ainsi réparé ?
Doc. 6
Drone en panne.
29

Les autos-tamponneuses.

Inès et Antoine sont à la fête foraine. Ils se demandent comment fonctionnent les auto-tamponneuses. Inès dit que c’est un circuit en série; Antoine prétend que c’est un circuit en dérivation.
1.
Qui a raison ? Justifie avec un schéma normalisé.
30

Quel schéma ?

Nathan doit réaliser le compte rendu de l’expérience de la semaine dernière. En ouvrant son cahier de brouillon, il ne trouve que le tableau de valeurs.
1.
Propose un schéma normalisé qui pourrait correspondre à ces données et rédige le protocole pour obtenir ces mesures.

Dipôles

Générateur

L1

L2

L3

L4

U (V)

6,0

2,5

1,5

2,0

3,5

Doc. 7
Quel schéma ?
31

Phares de voiture.

Tom remarque en prenant sa voiture qu’un phare à DEL ne fonctionne plus. Très bricoleur, il décide d’en fabriquer un en associant des DEL de tension nominale 2 V en série.
1.
Sachant que sa voiture a une batterie de 12 V, de combien de DEL pourra-t-il faire fonctionner ?
2.
Quel est l’inconvénient de son montage ?
3.
Quelle amélioration peut-il apporter ?
32

Environnement et citoyenneté.

À l’été 2003, la France a subi une canicule qui entraina le décès d’environ 15 000 personnes. Suite à cette tragédie, l’État français décida de lancer une vaste campagne de sensibilisation de la population à ces épisodes météorologiques. L’une des conséquences est que les Français s’équipent de plus en plus de climatiseurs, ce qui pose à EDF un gros problème de production électrique.
1.
Fais une recherche internet pour expliquer ce que nous risquons du point de vue de la production électrique, quand la France subit une succession de saisons sèches et chaudes.

Je résous un problème

Problématique

1.
Par mégarde, on a remplacé un fusible de 5 A par un fusible de 10 A dans le tableau électrique de la voiture. Qu’a-t-il pu arriver à la voiture Tesla pour qu’elle prenne feu ?
Doc. 1
Voiture électrique Tesla S®.
« Une voiture du fabricant américain de véhicules électriques Tesla Motors (modèle S90 D) a pris feu spontanément ce lundi à Bayonne à l’occasion d’une journée promotionnelle. »
Doc. 2
D’après L’Est Républicain, 17 aout 2016.
Doc. 3
Schéma de différents fusibles à lames.
Pour protéger les circuits électriques des véhicules, on utilise des fusibles. Ceux-ci fondent en cas d’intensité trop forte : le circuit électrique est alors ouvert.

Exercices supplémentaires

Ne dévie pas de ton chemin.

1.
Trouver l’intrus parmi les mots suivants :

Lois et relations mathématiques.

1.
Quelle est la relation mathématique qui lie les intensités dans la loi d’additivité des intensités ? Fais un schéma pour l’expliciter.
2.
Quelle est la relation mathématique qui lie les tensions dans la loi d’égalité des tensions ? Fais un schéma pour l’expliciter.

Ecologie : le puits canadien.

Louis correspond avec son copain Xavier de Miami. Celui-ci lui dit que la climatisation de sa maison, c’est super sous les tropiques.
Louis s’interroge quant au bien fondé de cette technologie pour sa maison provençale.
Aide-le à trouver une solution viable et environnementale.
1.
Quels problèmes apportent l’augmentation des climatiseurs ?
2.
Quels gestes simples doit-on adopter pour rafraîchir la maison ?
3.
Quel système peut-on mettre en place pour remplacer une climatisation ? Explique le fonctionnement de ce système.

Batterie USB.

Rachel vient d’acquérir une batterie USB (5 V ; 3 000 mA) et elle se demande combien de fois elle va pouvoir recharger son smartphone (5 V ; 800 mA) avec cette batterie.
1.
Fais le schéma du montage.
2.
Quelle loi vas-tu utiliser ?
3.
Combien de fois pourra-t-elle recharger son smartphone avant de recharger sa batterie USB ?
Doc. 1
Une batterie USB.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

La lampe L1 ne brillant pas, Michaël propose de relier le fil bleu entre la borne rouge de L1 et la borne verte de L2. Cependant, Mélanie l’en empêche...
1.
Explique pour quelles raisons Mélanie a arrêté Michaël.

Niveau 1 - Je connais les règles de sécurité.

Coup de pouce : Explique ce qu’est un court-circuit.

Niveau 3 - Je respecte les règles de sécurité seul ou en groupe.

Coup de pouce : Comment éviter les courts-circuits involontaires en travaux pratiques ?

Niveau 2 - Je comprends les conséquences de mes actes sur la sécurité, la santé et l’environnement.

Coup de pouce : Mélanie savait qu’il ne faut pas mettre les générateurs en court-circuit. Pouvait-elle laisser faire Michaël ?

Niveau 4 - J’explique mon comportement en matière de sécurité, de santé et d’environnement.

Coup de pouce : Quelles sont les conséquences d’un court-circuit ?
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DYS

Exercice 22 : La lampe frontale

Le père de Karim vient de lui offrir, pour son anniversaire, une lampe frontale. Mais Karim est très curieux. Il se demande quel est le circuit électrique de sa nouvelle lampe. Il démonte alors sa lampe et trouve un circuit en série composé d’une batterie, d’une DEL, d’une résistance et d’un interrupteur. Il fait fonctionner sa lampe et mesure la tension aux bornes de la résistance (2,25 V) et de la DEL (2,25 V). Il remonte sa lampe et se rend compte qu’il n’a pas mesuré la tension aux bornes de la batterie. Karim se dit qu’elle vaut 2,25 V.

Question 1

Énoncé
Calcule la tension de la batterie et indique si Karim s’est trompé ou non.
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