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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

12

J’applique la loi d’Ohm.

Un dipôle ohmique de résistance 1,2 kΩ est traversé par un courant d’intensité 0,02 A.
1.
Écris la loi à laquelle obéit un dipôle ohmique. Précise les unités de mesure de chaque grandeur.
2.
Calcule la tension aux bornes du dipôle ohmique présenté précédemment.

Étapes de la méthode

  • Lorsqu’on écrit une relation entre des grandeurs, il faut toujours préciser les unités de mesure utilisées.
  • Vérifier que les unités des données de la question sont les bonnes (ici R en Ω et I en A). Si ce n’est pas le cas, il faut faire les conversions nécessaires.
  • Remplacer les symboles des grandeurs physiques par leur valeur.
  • Faire l’application numérique et préciser l’unité de mesure du résultat.

Corrigé :

  • Un dipôle ohmique obéit à la loi d’Ohm : U = R × I avec : U en V, R en Ω et I en A.
  • On nous donne: R = 1,2 kΩ et I = 0,02 A.
    On sait qu’un dipôle ohmique obéit à la loi d’Ohm : U = R × I. Avant de faire l’application numérique, il faut convertir R en Ω :

    MΩ  kΩhΩdaΩΩ
       1200

    R = 1,2 kΩ = 1 200 Ω.
    Donc : U = R × I
    U = 1 200 × 0,02
    U = 24 V

    La tension aux bornes de ce dipôle ohmique est donc égale à 24 V.
13

J’applique la loi d’Ohm.

Un dipôle ohmique de résistance 100 Ω est traversé par un courant d’intensité 120 mA.
1.
Calcule la tension aux bornes de ce dipôle ohmique.

Je m'entraine

14

Une veilleuse maison.

La lampe torche de Sonia est alimentée avec une petite batterie de 6 V. Elle souhaite transformer cette lampe en une veilleuse éclairant plus faiblement.
1.
Quel dipôle doit-elle ajouter dans le circuit électrique de sa lampe ?
2.
Schématise le circuit électrique de cette veilleuse.
15

L’effet Joule… Bon ou mauvais ?

Un appareil électrique en fonctionnement a tendance à chauffer. Ceci est dû à l’effet Joule. Dans certains cas ce phénomène est très utile, mais dans d’autres non.
1.
Cite quatre appareils utilisant l’effet Joule.
2.
Cite quatre appareils pour lesquels l’effet Joule est au contraire nuisible.
16

Qui est le plus fort ?

Voici les valeurs des résistances de cinq résistors différents :
R1 = 0,22 kΩ
R2 = 47 Ω
R3 = 68 kΩ
R4 = 0,1 kΩ
R5 = 1,2 MΩ
1.
Classe les valeurs de ces résistances dans l’ordre croissant.
2.
Quel sera le résistor le plus conducteur ?
17

Qui est la plus résistante ?

Dans le circuit suivant, les deux lampes L1 et L2 sont identiques.
1.
Pourquoi les deux lampes ne brillent-elles pas de la même manière ?
2.
Quel est le résistor qui a la résistance la plus élevée ? Justifie ta réponse.
Doc. 1
Circuit.
18

Vérifier expérimentalement la loi d’Ohm.

Jonathan doit vérifier expérimentalement qu’un résistor obéit à la loi d’Ohm. Il propose l’expérience suivante :
1.
L’expérience de Jonathan est-elle correcte ? Si non, schématise l’expérience qu’il doit réaliser.
Doc. 2
Expérience loi Ohm.
19

Un dipôle ohmique ?

1.
Parmi les graphiques suivants, quel est celui qui représente la caractéristique d’un dipôle ohmique ? Justifie ta réponse.
Doc. 3
Graphiques.
20

Exploitation de la caractéristique d’un dipôle.

Pierre a tracé le graphique caractéristique d’un résistor.
1.
Quelle est la tension aux bornes du résistor lorsque celui-ci est traversé par un courant d’intensité 60 mA ?
2.
Quelle est l’intensité du courant dans le résistor si la tension à ses bornes est égale à 5 V ?
3.
Calcule la valeur de la résistance de ce résistor.
Doc. 4
Graphique caractéristique d'un résistor tracé par Pierre.
21

La bouilloire électrique.

Pour faire fonctionner une bouilloire électrique, il faut la brancher sur le secteur (U = 230 V). Sa résistance R est de 20 Ω.
1.
Calcule l’intensité en A du courant qui traverse la résistance de cette bouilloire lorsqu’elle est en fonctionnement.

Une notion, trois exercices

22

Une lampe et un résistor en série

Lou réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 100 Ω. À l’aide d’un voltmètre, elle mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes de la lampe (UL).
1.
Comment sont branchés la lampe et le résistor ?
2.
Utilise la loi des tensions.
a. Que peux-tu dire des tensions UG, UL et UR ?
b. Calcule la tension aux bornes du résistor (UR).
3.
Utilise la loi d’Ohm pour un résistor.
a. Écris la loi d’Ohm pour un résistor. IR désigne l’intensité du courant traversant le résistor.
b. Calcule l’intensité du courant traversant le résistor (IR).
4.
Utilise la loi de l’intensité.
a. Que peux-tu dire des intensités traversant la lampe (IL) et le résistor (IR) ?
b. Déduis-en la valeur de l’intensité traversant la lampe (IL).
Doc. 1
Circuit avec résistor de résistance de 100 Ω.
22

Une diode et un résistor en série

Lorenzo réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 50 Ω. À l’aide d’un voltmètre, il mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes de la DEL (UDEL).
1.
Comment sont branchés la DEL et le résistor ?
2.
Calcule la tension aux bornes du résistor (UR).
3.
Calcule l’intensité du courant traversant la résistance (IR).
4.
Quelle est l’intensité du courant traversant la DEL ?
Doc. 2
Circuit avec résistor de résistance de 50 Ω.
22

Un moteur et un résistor en série

Lucie réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 30 Ω. À l’aide d’un voltmètre, elle mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes du moteur (UM).
1.
Calcule l’intensité du courant circulant dans le moteur.
Doc. 3
Circuit avec résistor de résistance de 30 Ω.

J'approfondis

23

Le code des résistors.

Généralement, les résistors utilisés dans les circuits électroniques ont des anneaux de couleur. Ces anneaux permettent de déterminer la valeur de la résistance grâce au code ci-après :
1.
En utilisant le code présenté, détermine la valeur de la résistance des résistors R1, R2 et R3.
2.
En utilisant le code, détermine les couleurs des anneaux des trois résistors suivants :
R4 = 120 Ω,
R5 = 5,6 kΩ,
R6 = 470 Ω.
Doc. 1
Le code des résistors.
Doc. 2
Trois résistors.
24

Théorie vs expérience !

Afin de déterminer expérimentalement la résistance de ce résistor, Hugo a réalisé une série de mesures répertoriées dans le tableau suivant :
U (en V) 0 3 4,5 6 7,5 9 12
I (en A) 0 0,06 0,10 0,13 0,16 0,19 0,25
1.
Schématise le circuit électrique qui a permis à Hugo d’obtenir ce tableau de mesures.
2.
En utilisant le tableur, trace la caractéristique de ce résistor.
3.
Décris le graphique obtenu. Qu’en déduis-tu ?
4.
En utilisant le graphique, calcule la résistance de ce résistor.
5.
En utilisant le code des couleurs (exercice précédent), détermine la résistance de ce résistor. Que remarques-tu ? As-tu une explication ?
Doc. 3
Résistor utilisé par Hugo.
25

Étrange...

Yann et Léo ont partagé une mine de critérium afin de reproduire une expérience réalisée en classe. Mais en observant celle-ci, le résultat obtenu les interpelle...
1.
Yann et Léo ont utilisé des piles et des ampoules identiques.
a. Qu’est-ce qui parait étrange dans le résultat qu’ils obtiennent ?
b. Propose une hypothèse pour expliquer ce problème.
2.
Léo trouve l’information suivante dans un livre de sciences : « La résistance d’un fil conducteur est donnée par la relation : R=ρ×LSR = \rho \times \dfrac{\text{L}}{\text{S}} avec :
R, résistance en ;
ρ, résistivité du matériau en Ωm ;
L, longueur du fil conducteur en m ;
S, section du fil conducteur en m2 ».

a. Cette information te permet-elle de valider ton hypothèse ?
b. Quel(s) autre(s) paramètre(s) influe(nt) sur la valeur de la résistance électrique ?
Doc. 4
Expériences de Yann et Léo.
Doc. 5
La résistance.
26

Une résistance particulière.

Certains dispositifs électriques sont équipés de photorésistances. Pour comprendre le fonctionnement de ce dipôle, on réalise les expériences ci-dessous :
1.
Qu’observes-tu dans cette série d’expériences ?
2.
Indique comment varie la résistance lorsque l’éclairement de la photorésistance diminue.
3.
D’après toi, dans quel(s) dispositif(s) les photorésistances sont-elles utilisées ?
Doc. 6
Une résistance particulière.
27

Dégivrage.

Termine le dialogue suivant entre un père et son fils.
1.
Thibault : « Dis papa, à quoi ça sert tous ces traits sur la vitre arrière ? »
Son père : « Ce sont des petits fils conducteurs, en appuyant sur un bouton, je fais passer un courant à l’intérieur. Cela permet de faire fondre le givre sur la vitre arrière de ma voiture ! Je t’explique... »
Doc. 7
Dégivrage.
28

Un variateur de lumière.

Dans une installation domestique, les lampes sont toujours alimentées par la tension du secteur (230 V). Pour obtenir une lumière tamisée dans une pièce, on utilise un variateur de lumière, aussi appelé rhéostat.
1.
À l’aide de tes connaissances, imagine le principe de fonctionnement d’un variateur de lumière.
2.
Écris la définition d’un rhéostat en une seule phrase.
3.
Voici le symbole d’une résistance variable.
Schématise le circuit électrique d’un éclairage avec un variateur de lumière.
4.
Que permettrait de faire cette résistance variable si, à la place d’une lampe, on branchait un moteur ? Cite un appareil utilisant ce dispositif.
Doc. 8
Symbole d'une résistance variable.
29

Tableau des scores.

Lors des rencontres sportives, des panneaux lumineux indiquent le score et le temps de match écoulé. Ces panneaux fonctionnent avec des DEL. Celles-ci sont de plus en plus utilisées car elles sont très performantes pour convertir l’énergie électrique en l’énergie lumineuse. Elles ont également une meilleure durée de vie à condition que le courant qui les traverse ne soit pas trop élevé. C’est pourquoi on associe à chaque DEL un résistor en série permettant de la protéger.
1.
Schématise un circuit électrique comprenant un générateur, une DEL et un résistor branchés en série.
2.
La tension délivrée par le générateur est UG = 6 V et la tension aux bornes de la DEL est UDEL = 2 V. L’intensité maximale supportée par la DEL est de 20 mA.
a. Calcule la tension aux bornes du résistor UR.
b. Calcule la valeur de la résistance à utiliser pour protéger correctement la DEL.

Je résous un problème

Problématique

1.
La résistance de l’appareil à raclette de Martin ne fonctionne plus ! Dans son garage, il trouve deux résistances qui pourraient peut-être convenir pour la remplacer. Aide Martin à choisir la résistance la plus appropriée.
Doc. 1
Mesure à l’ohmmètre des deux résistances trouvées par Martin.
Appareil à raclette - Descriptif technique :
▪ 6 à 8 personne.
▪ Longueur : 53 cm.
▪ Largeur : 25,5 cm.
▪ Hauteur : 24 cm.
▪ Poids : 3,760 kg.
▪ Puissance : 900 W.
▪ Tension : 230 V.
▪ Fusible de sécurité : 4 A.
▪ Certificat CE, ROHS.
Doc. 2
Descriptif technique de l’appareil à raclette de Martin.

Exercices supplémentaires

Comprendre le fusible.

Léo s’est fait contrôler par la gendarmerie. Les gendarmes ont constaté que le feu arrière de son scooter ne fonctionnait plus.
En rentrant chez lui, il teste l’ampoule et s’aperçoit qu’elle fonctionne toujours. Il vérifie alors le système de protection du circuit électrique, il peut lire sur le fusible du système d’éclairage l’indication 10 A.
1.
Que signifie l’indication 10 A inscrite sur le fusible ?
2.
Explique ce qu'il s’est passé et pourquoi l’éclairage ne fonctionne plus.

Bien choisir un fusible...

Une batterie de voiture (12 V) permet d’alimenter le circuit électrique constitué en partie :
- des deux phares avant (5 A chacun) ;
- des deux feux arrières (3 A chacun) ;
- des deux moteurs commandant les deux vitres électriques avant ;
- du système de dégivrage arrière.
1.
Propose un schéma du circuit électrique de cette voiture.
2.
Que se passerait-il si un court-circuit se produisait au niveau d’un des moteurs commandant une vitre électrique ?
3.
Quel système pourrait-on utiliser pour éviter ce genre de problèmes en cas de court-circuit ?
4.
Le matériau qui constitue le système de dégivrage se dégrade au delà d’une intensité de 35 A.
Quel fusible doit-on utiliser pour protéger le système de dégivrage ?
5.
Quel fusible choisir pour protéger le système d’éclairage des deux phares avant ?

Les dangers du courant électrique.

Le danger d’électrocution est lié à l’intensité du courant qui traverse le corps humain :
- en dessous de 10 mA, le courant peut être perçu mais il est sans danger ;
- à partir de 10 mA, les muscles se contractent (tétanisation) : on parle d’électrisation ;
- à partir de 20 mA, les muscles respiratoires se contractent et les battements du coeur deviennent irréguliers : il y a risque d’électrocution ;
- au delà de 100 mA, l’arrêt cardiaque se produit: il y a électrocution.

Une personne qui reste trop longtemps en contact avec une source électrique risque l'électrocution. Le courant doit être coupé par une tierce personne sans toucher à l’individu accidenté.
Le risque électrique est également lié à la résistance du corps humain. Celle-ci peut varier entre 500 Ω et 5 kΩ, en fonction de l’individu, de l’état de la peau.
1.
À partir de quelle intensité ressent-on les effets du courant électrique ?
2.
Pour une personne dont la résistance est 2 kΩ, à partir de quelle tension y-a-t-il risque d’électrocution ? Compare cette tension à la tension du secteur (230 V).
3.
Que dois-tu faire si tu es en présence d’une personne électrisée ?
4.
Recherche la signification du panneau signalétique représenté.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Sonia réalise le montage électrique ci-contre et mesure l’intensité du courant traversant le résistor pour différentes valeurs de la tension entre ses bornes.
1.
Représente graphiquement l’évolution de la tension du résistor en fonction de l’intensité.
U (V)03,04,56,07,69,112,1
I (mA)013,220,227,033,940,654,5
Doc. 1
Évolution de la tension du résistor
Doc. 2
Montage électrique.

Niveau 1 - Je complète une représentation qui m’est proposée.

Coup de pouce : Recopie le schéma en y ajoutant les appareils de mesure nécessaires.

Niveau 3 - Je réutilise les règles apprises pour produire ou transformer des représentations.

Coup de pouce : Place les points issus du tableau dans le repère que tu as préparé.

Niveau 2 - Je respecte les consignes pour produire ou transformer une représentation.

Coup de pouce : Prépare le repère du graphique avec les échelles 1 cm pour 5 mA et 1 cm pour 1 V.

Niveau 4 - Je produis ou je transforme parfaitement des représentations, en choisissant celles qui seront les plus adaptées.

Coup de pouce : Étant donné la disposition des points, faut-il tracer la courbe à la règle ou à main levée ?

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DYS

Exercice 21 : La bouilloire électrique.

Pour faire fonctionner une bouilloire électrique, il faut la brancher sur le secteur (U = 230 V). Sa résistance R est de 20 Ω.

Question 1

Énoncé
Calcule l’intensité en A du courant qui traverse la résistance de cette bouilloire lorsqu’elle est en fonctionnement.
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