Installation électrique de la maison

INSTALLATION ELECTRIQUE DE LA MAISON
LE COURANT DU SECTEUR – DANGER – SECURITE
I.Energie électrique consommée dans une installation
Le compteur électrique mesure l’énergie électrique totale consommée dans une
installation.Le montant de la facture d’électricité dépend de la consommation enregistrée
par le compteur.
Le compteur électrique est traversé la totalité du courant qui alimente l’installation,il
donne directement la consommation en kilowatt- heures .
Application
Le locataire d’un studio n’ayant pas de compteur individuel veut évaluer sa
consommation moyenne mensuelle.Pour cela, il relève la puissance des appareils et leur
durée d’utilisation moyenne pour un jour.
Calculer l’énergie consommée en moyenne pour un mois de 30 jours
Appareils
Lampe
Puissance (P)
360W
Durée d’utilisation (t)
6h
Téléviseur
100W
3h30mn
Réfrigérateur
300W
480mn
Radiateur
2 kW
5h30mn
Réponse :
L’énergie en une journée par chaque appareil est donnée par la relation : E  P  t
Pour les lampes : El = 360W * 6h = 2160Wh
Pour le téléviseur : Et = 100W *3.5h = 350Wh
Pour le réfrigérateur : Eré = 300W * (480/60) h = 2400Wh
Pour le radiateur : Era =2000W * 5.5h = 11 000Wh
Consommation journalière : 15910Wh = El + Et + E ré + Era
Consommation mensuelle moyenne : 15910Wh * 30 = 477300Wh
Soit : 477.3kWh
L’énergie consommée dans une installation est égale à la somme des énergies
consommées par chaque appareil.Elle est mesurée par un compteur électrique en kWh
II. Les prises de courant
La tension du secteur permet d’alimenter en courant alternatif différent appareils
(lampes, radiateurs, appareils, ménagers, …) par l’intermédiaire des prises de courant.La
prise de courant est le générateur électrique à la maison.
1°) Quelles sont les principales prises ?
Dans les installations domestiques, il existe 2 types de prises :
-les « prises simples » dont le socle comporte 2 bornes femelles :
-les « prises avec terre » dont le socle comporte 2 bornes femelles et une borne mâle
2°) les 2 bornes femelles jouent elles le même rôle ?
Pour distinguer « sans danger », les électriciens utilisent un tournevis spécial
appelé tourneurs testeurs ou test phase. La lampe située dans la manche du tournevis
s’allume au contact de l’une des bornes, appelé phase ; elle reste éteinte avec l’autre
borne appelée neutre.
Les bornes femelles d’une prise ne sont donc pas identiques.
Nous avons vu qu’entre les 2 bornes femelles d’une prise du secteur (entre phase et
neutre), il existe une tension efficace de 220 volts
 La tension aux bornes de la phase et d’une canalisation métallique est voisine de
220volt
 La tension aux bornes de neutre et une canalisation métallique est nulle
C’est donc la phase qui apparaît détenir la tension.
3°) quel est le rôle d’une prise mâle d’une « prise avec terre »ww
Cette borne est appelée « terre ».En effet, elle est reliée par des conducteurs à un treillis
métalliques ou à des pieux métalliques enfouis dans le sol.
Le voltmètre branché entre la phase et la terre mesure environ 220V, il indique une
tension nulle ente le neutre et la terre
La prise de terre, si elle ne parait pas indispensable au fonctionnement des appareils,
joue le rôle de sécurité très important.
4°) comment est branchée une prise ?
Démontons le socle d’une prise. Les bornes sont reliées à 3 fils conducteurs entourés de
gaines isolantes colorées. Pour reconnaître ces fils, les électriciens adoptent des couleurs
différentes. Un règlement impose :



Le bleu pour neutre
Le vert ou jaune pour la terre
Le rouge ou marron pour la phase
Soit :
III .L’installation électrique de la maison
La ligue de la JIRAMA arrive au compteur de l’habitation
 Le fil neutre est relié à la terre (T)
 Le fil phase et le fil neutre relient le compteur au disjoncteur (D)
 Du disjoncteur partent plusieurs lignes de distribution qui passent par le tableau
de répartition (R).Ces lignes sont branchées en dérivation sur la ligne placé sur le
fil de phase
IV. Danger pour les personnes
1°) l’électrocution
Il existe 2 types de risque d’électrocution
-un risque évident :
Lorsqu’une personne touche à la fois la phase et le neutre,elle s’électrocute et meurt si
elle n’est pas secourue rapidement.
-un risque dont on est moins conscient :
Si une personne, en contact avec le sol, touche seulement le fil de phase,elle
s’électrocute également
En effet, le corps humain est conducteur et, dans les cas,il est parcourue par un courant.
Pour le second cas, moins évident, précisons le chemin suivi par le courant :fil de
phase,corps humain,sol conducteur,terre de la JIRAMA,neutre
Entre les 2 extrémités de la chaîne est appliquée la tension de 220V.Le danger
d’électrocution apparaît lorsque l’intensivité dépasse un certain seuil pendant un temps
suffisant. Ainsi,un courant de 100mA (intensité faible) passant à travers le corps pendant
quelques seconde entraîne la mort.
Pour une tension de 220V, ce seuil est dépassé,et la
personne court d’un circuit
danger mortel.
En milieu humide, le risque d’électrocution est augmenté.
2°) comment se protéger ?
Le fil de la phase doit être bien protégé par sa gaine isolante. Les interrupteurs doivent
couper le fil de phase
V. Danger pour l’installation
1°) danger d’incendie
Dans une ligne, l’intensité du courant augmente avec le nombre d’appareils en
fonctionnement. Lorsque l’intensité est trop grande,les fils conducteurs s’échauffent :ils
peuvent fondre (l’installation est détruite) et provoquer une incendie (court-circuit)
2°) la protection de l’installation
 Les fils conducteurs doivent être placés dans des tubes ou gaines de diamètre
suffisant (pour la circulation de l’air). Ces tubes sont constitués d’une matière
ininflammable.
 Au départ de chaque ligne,branchée en dérivation à partir du tableau de
répartition,un fusible est installé sur le fil de phase
Le fusible fond et coupe le courant si l’intensité de courant excède :
o 10A pour une ligne destinée à l’éclairage
o 16A pour une ligne alimentant des prises simples
o 20A pour une ligne alimentant des prises spéciales
 Le disjoncteur « déclanche » et coupe le courant principal,si l’intensité excède
une valeur limite
En bref, le fusible sert de coupure partielle d’une ligne dans l’installation ;le
disjoncteur sert de coupure générale du circuit
Exercice d’application
Au domicile de Madame Rasoa, on lit sur le compteur : 220V-5A
L’installation électrique comprend ;
 4 lampes (220V-60watt) chacune
 Une prise de courant
le tout en dérivation
Sur la prise,elle branche un fer à repasser portant les indicateurs (900W-220V)
1. qu’indique le chiffre : 900W
2. L’écrire en kilowatt
3. lorsque les 4 lampes sont allumées et que Mme Rasoa branche le fer à
repasser,le disjoncteur saute. Donner une explication
Réponse
1. indication sur fer à repasser (900W-220V)
900W c’est la puissance
nominale du fer à repasser
2. 900W = 0.9KW (0.9 kilowatt)
3. énergie consommée pour un repassage qui dure 30mn : EFe
P = 900W = 0.9Kw : la puissance
E Fe  P  t
t = 30mn = 1800s : la durée de repassage = 0.5h
EFe = 900W. 1800s = 1620000J = 450Wh = 0.45kWh
4. lorsque les 4 lampes sont allumées et le fer à repasser est branché, le disjoncteur
saute
P
l’intensité du courant traversant chaque apparei
U
60
 4 x 0 , 27  1, 08 A
 Pour les 4 lampes : Itotale = 4 I , soit I totale 
220
Explication :   U

 Pour le faire à repasser :IFe = 990W / 220V = 4.90A
Itotale + IFe = 1.08A +4.90A = 5.98A > 5A
 Sur le compteur : (220V-5A), 5.98A dépasse l’indication sur le compteur
Exercices 2
Un générateur G maintient au bon conducteur chimique une tension UAB. Positive
réglable (fig1).Par différentes valeurs de UAB nous mesurons l’intensité correspondance
R= Rouge
O=Orange
N=Noir
UAB (V)
I (A)
0
0
1
2
3
1. déterminer la valeur de la résistance R
2. compléter le tableau
4
5
3. tracer la caractéristique intensité tension de ce dipôle (échelle 1cm pour 1V, 1mm
pour 0.005A)
4. si on tourne le dipôle a-t-on même caractéristique ? Pourquoi
5. déterminer graphiquement la tension aux bornes du dipôle pour I= 0.3A
Exercices 3
Dans le tableau ci-après on donne la résistance ? R de l’ensemble constitué par 2
résistances, R1et R2 associé en série ou en parallèle
Indiquer pour chaque cas type d’association : série ou parallèle
R1 en Ω
680
470
39
51
56
R2 en Ω
820
33
68
56
56
R en Ω
1500
503
25
27
28
Type d’association
Exercices 4
On considère le schéma du circuit suivant :
1. que signifient les indications (1W ,5V) souscrite sur la lampe L
2. Dans ce circuit, placer un ampèremètre mesurant l’intensité du courant principal et
un voltmètre mesurant la tension aux bornes de la lampe L
3. la lampe fonctionnement normalement :
a. donner la valeur indiquée par l’ampèremètre
b. le générateur G présente entre ses bornes une tension de 9V
Calculer la tension UAB
c. sachant que R1 = R2 donner la valeur de RAB équivalent à R1 et
R2.Calculer la valeur de R1
Exercice 5
On veut déterminer la caractéristique d’un dipôle
1. faire le schéma de montage qui permet de déterminer cette caractéristique.
2. on fait varier l’intensité du courant qui traverse le dipôle et pour chaque valeur
de I on relevé la tension U qui existe entre ses bornes
Les résultats sont rassemblés dans un tableau
I (mA)
U (V)
0
0
12
0.5
36
1.5
////////////////////
//////////////////
72
3
a. tracer la caractéristique de ce dipôle ; échelle : 1cm pour 12mA
1cm pour 0.5V
b. le dipôle utilisé est il un conducteur chimique ?justifier votre réponse ?
c. trouve à m’aide de caractéristique précédent la résistance R1 du dipôle
d’étude (arrondir la réponse au nombre entier le plus près)
3. on garde la constance du générateur U=3V un deuxième dipôle est alors
montré en série avec le dipôle étudié R1 sa résistance est de R2 = 30Ω
a. calculer la résistance équivalente à ces dipôles
b. l’intensité du courant qui traverse augmente t-elle ou diminue t-elle.
justifier votre réponse
Exercice 6
Un fil homogène de résistivité à = 8.10
7
 m a une longueur L = 10cm et une section
2
s = 1mm
a- calculer la résistance R de ce fil
b- quelle longueur de fil doit-on utilisé pour avoir une résistance égale à R’ = 2R
Quelle est résistance du fil si on prend le quart de la longueur du fil précédent ?
Exercice 7
2 Fils électriques de même longueur, de même résistivité e = 12.10
sections différents. Sachant que le premier a une section S1  2 mm
7
2
Ohmmètre ont des
et une résistance
R 1  36 
a. quelle est la longueur du premier fil ?
b. déterminer la section S 2 du second fil et en déduire le côté de sa base carrée
R 2  12 
Exercices 8
La figure ci-dessous représente le caractéristique de la résistance d’un résistor
a. calculer la résistance de conducteur
b. la puissance nominale de ce résistor est 16.2W. Calculer l’intensité du
courant maximale qui peut le traverser
c. à partir de la courbe, quelle est la partie tension aux bornes du résistor
lorsque le courant est 0.035A
PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE
Exercices 1
Une lampe porte les indications : 6V-1W
a. donner leur signification
b. calculer l’intensité du courant traversant cette lampe
c. quelle est la résistance du filament en fonctionnement normale
(résistance à chaud)
d. avec un ohmmètre, la résistance mesurée n’est que 8  (résistance à
froid, car la lampe ne brille pas) la résistance du filament augmente t-elle
lorsque sa température s’élève
Exercices 2
Un radiateur électrique de résistance R consomme une puissance de 2kW
a. montrer que la relation entre P, la tension appliquée U et la résistance R
S’écrit P 
U
R
b. ce radiateur est alimenté sous une tension continue 220V.Calculer sa résistance R .En
déduire l’intensité du courant qui traverse
c. on branche ce radiateur sur une prise de secteur
-quelle est la tension efficace du secteur dans une habitation ?
-quelle est la puissance électrique consommée ?
-quelle est la tension efficace du courant dans cet appareil ?
Exercices 3
On donne le tableau ci-dessous la puissance P de quelques appareils couramment
employés alimentés sous une tension efficace U = 220V. Il se comporte comme une
résistance R. Le courant qui les traverse a une intensité efficace I
appareil
Fer à repasser
Four de cuisine
Résistance chauffante d’une machine à laver de
linge
Lampe d’éclairage
Compléter ce tableau
P
800W
3.27kW
2.80kW
I
R
100kW
Exercices 4
Dans un appartement ; on utilise les appareils suivants :
appareil
puissance
Lampe
360W
Téléviseur
100W
Réfrigérateur
300W
Radiateur
2kW
Durée d’utilisation/jour
6h
6h30mn
480mn
5h30mn
a. calculer l’énergie consommée par jour
b. calculer l’énergie consommée par mois (30 jours)
Exercices 5
L’installation électrique à la maison comporte :
- 3 lampes identiques portant les indications 220V-60W
- Un fer à repasser 220V-880W
- Un poste téléviseur : 220V-110W
1. a. comment doit on brancher les appareils ?
b. qu’est qu’on utilise pour protéger ces appareils et l’installation ?
c. que signifient les indicateurs 220V-880W
d. calculer l’intensité du courant qui traverse : chaque lampe-le fer à repasser-le poste
téléviseur
ELECTRICITE A LA MAISON
Exercices 6
Dans une maison on utilise par jour en moyenne :
- un réfrigérateur (220V, 425W) pendant 3 heures
- un poste téléviseur (220V, 2000W) pendant une heure
- deux lampes portant chacune (220V, 75W) pendant 6 heures
1. comment doit on brancher ces appareils ? expliquer ?
2. calculer en kWh la consommation en énergie de cette maison dans une journée
3. la puissance maximale de l’intensité est 3000W. Combien de lampes peut on
branché en même temps ? Justifier votre réponse
4. si on branche dans l’installation un moteur électrique consommant 600W. Que se
passe t il sur le disjoncteur ?
Exercices 7
Dans installation électrique d’une maison on trouve :
- deux prises de courant à borne chacune (une borne male et 2 bornes
femelles)
- des fusibles
- un disjoncteur marqué 5A
- une lampe portant indication : 220V, 100W et commandée par un
interrupteur
1. à quoi sert la borne male d’une prise de courant ?
2. sur quelle ligne sont placés les fusibles et l’interrupteur
3. on branche simultanément les prises : un fer à repasser électrique (220V, 1000W)
et un poste téléviseur (220W, 110W)
a. calculer l’intensité du courant nécessaire à ces 2 appareils
b. peut on utiliser le fer à repasser en même temps que la lampe et le
téléviseur ?pourquoi ?
Exercices 8
Un ménage dispose les appareils électriques suivants : un poste téléviseur (220V, 75W)
et un ventilateur de 220V-50W
1. quelle est l’intensité du courant qui traverse chacun de ces appareils
2. ces appareils sont branchés simultanément aux bornes d’une prise et ils
fonctionnent parfois en même temps
a. quelle est la valeur du fusible qu’on doit installer sur la ligne comportant
cette prise
b. quel est le rôle du fusible ?comment fonctionnent il
3. si ces 2 appareils fonctionnent en même temps pendant 2h45mn ; calculer
a. l’énergie consommée par chaque appareil
b. l’énergie consommée par ces appareils
c. coût de cette consommation : 1kW coûte 525Ar
Exercice 9
Voici la liste des appareils électriques installés dans une appartement : 2 lampes de 5W,
2 lampes de 100W ,4 prises de courant (prise avec terre)
1. dans cet appartement comment se branchent ces appareils ?
2. l’installation électrique dans cet appartement comporte aussi un compteur 220V10A à 30A, un disjoncteur et 12 fusibles
a. faire le schéma de cette installation électrique
b. quel est le rôle du disjoncteur, du fusible et la prise de terre ?
c. dans quelle partie de cette installation électrique sont installé les fusibles
3. le locataire de cet appartement dispose aussi d’un fer à repasser de100W, d’un
poste téléviseur de 90W, d’un robot électroménager de 200W
Quelle est la valeur de fusible qu’on doit installer dans chacun des branches qui un seuil
appareil aux bornes d’une prise
OPTIQUE
Exercices 1
Un rayon lumineux se réfléchit sur un miroir plan en un point, son angle d’incidence est
égale à 30°
1. comment appelle t-on le point ? faire un schéma de dispositif le rayon incident en
utilisant un rapporteur
2. construire le rayon réflechit en utilisant le rapporteur
3. quelle est ma valeur de l’angle formé par le rayon incident et le rayon réfléchit
Exercices 2
1. énoncer les lois de réflexion
2. a.reproduire la figure ci-dessous
b. compléter la marche des rayons et du faisceau hachure
c. Quelle est la mesure de l’angle incidence
Exercice 3
Un rayon d’une source lumineuse ponctuelle S arrive sur un miroir (figure)
a. construire le rayon réfléchit et préciser la mesure de l’angle d’incidence
b. soit S’ le point image de S donnée par le miroir. Construire le S
c. préciser la position de S et S’
d. si le point S se trouve à 25cm du miroir. Quelle sera la distance SS’
e. quelle est la mesure, la nature du point S’
Exercice 4
Voici un schéma montrant le brusque changement de direction d’un rayon lumineux
quand il passe de l’eau dans l’air
1. quel phénomène optique s’agit il ?
2. donner le nom :- du rayon IS
- du rayon IR
- du point I
3. comment peut on expliquer ce phénomène
4. énoncer les lois concernant ce phénomène
Exercices 5
Un rayon lumineux issu d’une source O passe de l’air dans l’eau avec un angle
d’incidence de 45°
1. quel est le phénomène subit ce rayon à l’entrée dans l’eau ?
2. expliquer pourquoi ?
3. tracer les marches du rayon incident et du rayon réfracté
Exercices 6
On donne le schéma suivant
1. que représente :
a. l’angle i
b. le point H
c. la ligne SH
d. la ligne discontinue NN’
2. a. tracer la marche du rayon lumineux lorsqu’il traverse l’eau
b. quel nom donne t-on à ce rayon, on donne n verre ≥n eau (n = indice de
réfraction du milieu)