Évaluation : Résistance et effet Joule.

Évaluation : Résistance et effet Joule.
++
Sa1
Ra1
C4
Re2
C3
Ra2
I1
++ :
+
−
−−
Je connais l’influence d’une résistance dans un circuit.
Je connais l’unité internationale de la résistance et son symbole.
Je connais l’appareil de mesure d’une résistance et son symbole.
Je sais reconnaître la loi d’Ohm
Proposer une expérience concernant l’influence de la résistance électrique.
Je suis capable de représenter un schéma.
Je suis capable de mesurer une résistance à l’aide d’un appareil de
mesure
Je suis capable de représenter des mesures à l’aide d’un graphique.
Je suis capable d’utiliser la loi d’Ohm pour résoudre un problème.
Je suis capable d’extraire des informations de documents sur l’effet
Joule.
Acquis, + : À confirmer, − : En cours d’acquisition, −− : Non acquis
Exercice 1 : Questions de cours
(a) Quelle est l’unité de la résistance ? Quel est son symbole ?
(b) Quel appareil de mesure permet de mesurer la valeur d’une résistance ?
(c) Quel est le schéma de cet appareil ?
(d) Parmi les propositions suivantes, quelles sont celles qui correspondent à la loi d’Ohm ?
A. U = I/R
B. R =
U
I
C. I =
R
U
D. U = R × I
E. R = U × I
(e) Complète la phrase : Lorsqu’on ajoute une résistance dans un circuit,
diminue.
Solution:
(a) Ohm. Symbole Ω
(b) Un ohmmètre
(c)
Ω
(d) A. R =
U
I
B. U = R × I
(e) Lorsqu’on ajoute une résistance dans un circuit, l’intensité diminue.
Exercice 2 : Influence d’une résistance
G
Léo pense que s’il ajoute une résistance au circuit ci-contre, la tension
aux bornes de la lampe va diminuer.
Léa quant à elle pense que c’est l’intensité qui va diminuer.
(a) Dessine les schémas des expériences nécessaires pour vérifier leurs hypothèses
(b) Toi qui a vu cette notion en cours, explique qui de Léo ou Léa a raison ?
4e
1
Solution:
(a) Première hypothèse : Il faut une expérience avec générateur, lampe et ampèremètre
pour mesurer le courant, et une seconde expérience avec en plus une résistance afin
de mesurer l’influence éventuelle qu’elle aurait.
Deuxième hypothèse : même chose, en remplaçant l’ampèremètre par un voltmètre
aux bornes de la résistance.
(b) C’est Léa qui a raison : une résistance fait diminuer l’intensité du courant.
Cependant Léo a aussi un peu raison, car on sait que dans un circuit en série, la
somme des tensions aux bornes des dipôles est égale à la tension délivrée par le
générateur. Si on rajoute une résistance, la tension du générateur ne changeant pas,
alors elle est répartie entre tous les récepteurs c’est à dire la lampe et la résistance.
Ainsi, dans ce cas la tension aux bornes de la lampe diminue aussi.
Exercice 3 : Mesurer une résistance
Lorsque l’enseignant t’appelle, va piocher une carte au bureau et mesure la valeur de la
résistance. Indique ci-dessous ta mesure :
Résistance numéro
=
Exercice 4 : Utilisation de la loi d’Ohm
Léo a mesuré l’intensité du courant qui traversait une résistance pour différentes tensions
appliquées à ses bornes.
U (en volts) 0
3
5
7
15
Voici ses résultats :
I (en mA) 0
22,7 31,8 54,5 68,2
(a) Retrouve les valeurs manquantes par calcul. Détaille soigneusement ta démarche.
(b) Retrouve les valeurs manquantes par une méthode graphique.
(c) Quelle est la valeur de la résistance de Léo ? Justifie.
U(V)
I(mA)
Solution:
4e
2
(a) On utilise une règle de trois. Par exemple pour la première valeur manquante : 3 ×
22, 7 ÷ 5 = 13, 62mA
On peut aussi utiliser la loi d’Ohm pour retrouver la résistance puisque U = R × I
et R = U ÷ I. Avec les valeurs de la troisième colonne : R = 5 ÷ 0, 0227 (attention,
il faut convertir les mA en A) et donc R = 220Ω. Cela nous permet de retrouver la
deuxième valeur manquante : U = R × 0, 0545 = 220 × 0, 0545 = 12V .
(b) On place les points sur le graphique, on les relie par une droite. Il est facile ensuite
de retrouver sur la droite les points manquants.
U(V)
+
+
+
3
2
I(mA)
0 5 ≈14mA
Exercice 5 : Une résistance, ça fait de l’effet
Le passage du courant électrique dans les récepteurs provoque parfois
un fort dégagement de chaleur : c’est l’effet Joule, du nom du physicien
anglais James Prescott Joule (1818-1889).
Ce phénomène trouve de nombreuses applications dans notre vie quotidienne, qu’il s’agisse de nous chauffer, de nous éclairer, et même de nous
protéger.
C’est par exemple l’augmentation de température des fils de désembuage
sur la vitre arrière des voitures qui provoque l’évaporation de la buée
ou la fusion du givre. C’est encore le passage du courant qui, portant au
rouge les résistances de la plaque, permet la cuisson des aliments par effet
Joule.
Cet effet Joule se manifeste aussi dans les lampes à incandescence : l’énergie électrique porte
le filament à plus de 2200◦ C : on dit qu’il est chauffé à blanc. Il émet alors de la lumière et
produit de la chaleur qui est inutile.
Dans une installation électrique, pour protéger les appareils d’une trop forte intensité du
courant et éviter les risques d’incendie en cas de court-circuit, on utilise des fusibles. Chaque
fusible est calibré à partir d’une valeur d’intensité choisie par le fabricant. Il s’échauffe grâce
à l’effet Joule puis fond. Le circuit est alors ouvert : le courant ne circule plus et tout danger
est écarté.
(a) Comment appelle-t-on le dégagement de chaleur provoqué par le passage d’un courant
dans un dipôle ?
4e
3
(b) Qui a donné le nom à ce dégagement de chaleur ?
(c) Cite, à partir du texte, quatre utilisations pratiques de cet échauffement ?
(d) Au contraire, cite un cas où cet échauffement est une gêne.
Solution:
(a) L’effet Joule
(b) James Prescott Joule un physicien anglais
(c) Vitres de désembuage, plaques de cuisson, lampes à incandescence, fusibles.
(d) Dans les ordinateurs qui peuvent surchauffer s’il y a un manque de ventilation.
Fin
4e
4