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Cahier d activités 3e(pc1.ma)

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C o l l e c t i o n D U R A N D E AU
Physique
Chimie
e
Cahier d’activités
J . - P. D U R A N D E AU
P. B R A M A N D
M.- J. COMTE
S. DESSAINT
P. FAY E
C . R AY N A L
D. THÉBOEUF
3
Couverture : Favre et Lhaïk
Composition et maquette intérieure : Médiamax
Schémas : Domino
Suivi éditorial : Anna Hurwic
I.S.B.N. 978-2-01-125534-1
Photographie couverture : © Grunter Marx photography / Corbis
© Hachette livre, 2008, 43 quai de Grenelle, 75905 Paris Cedex 15
Tous droits de traduction, de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays.
Le code de la propriété intellectuelle n’autorisant, aux termes des articles L. 122-4 et L. 122-5, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement
réservées à l’usage privé du copiste et non destinés à une utilisation collective », et, d’autre part, que les « analyses et les courtes citations » dans un but
d’exemple et d’illustration, « toute reproduction ou reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou ses ayants droit ou ayants
cause, est illicite ». Cette représentation ou reproduction, par quelques procédés que ce soit, sans autorisation de l’éditeur ou du Centre Français de l’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code
pénal.
Préface
Cette année, le programme comporte trois parties :
• La chimie, science de la transformation de la matière ;
• Énergie électrique et circuits électriques en « alternatif » ;
• De la gravitation… à l’énergie mécanique.
Nous avons conçu ce cahier d’activités pour t’aider :
• En classe :
La partie activités, dans chaque chapitre, te permettra de décrire et d’interpréter les
expériences réalisées sous la conduite du professeur. Tu pourras aussi acquérir le
vocabulaire scientifique.
• À la maison :
Les exercices d’application te permettront de vérifier si tu as bien appris et bien compris
le cours.
Nous te souhaitons une bonne réussite dans tes études.
Les auteurs.
Préface 3
Sommaire
A. La chimie, science de la transformation de la matière
1
Les métaux de la vie quotidienne ...........................................................................................
5
2
Conduction électrique des métaux ........................................................................................
9
3
Conduction électrique des solutions aqueuses .................................................................
13
4
Ions et pH ...........................................................................................................................................
17
5
Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer ....................................................................
22
6
Pile et énergie ....................................................................................................................................
26
7
Synthèse d’espèces chimiques....................................................................................................
30
B. Énergie électrique et circuits électriques en « alternatif »
8
Production de l’énergie électrique ..........................................................................................
34
9
Tension continue et tension variable ......................................................................................
38
10
Tension alternative périodique ..................................................................................................
43
11
Puissance électrique .......................................................................................................................
47
12
Énergie électrique ...........................................................................................................................
52
C. De la gravitation... à l’énergie mécanique
13
Gravitation et poids ........................................................................................................................
56
14
Énergie cinétique..............................................................................................................................
61
4 Sommaire
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
1
Les métaux de la vie quotidienne
Connaissances et capacités
• Savoir que les métaux les plus couramment utilisés sont le fer, le zinc, l’aluminium,
le cuivre, l’argent et l’or.
• Reconnaître, par des tests qualitatifs simples, quelques métaux usuels.
Activités
1 Comment reconnaître les différents métaux ?
1/ L’aspect des différents métaux
Relie le nom du métal à sa couleur.
or
•
•
gris
zinc
•
•
gris-blanc
cuivre
•
•
jaune brillant
fer
•
•
orangé
2/ Le phénomène de corrosion
Le fer subit facilement le phénomène de corrosion.
a. Que se passe-t-il alors ?
Le
. . . .fer
. . . . . rouille
. . . . . . . . . . :. . il
. . .se
. . . .recouvre
. . . . . . . . . . . . . d’une
. . . . . . . . . .pellicule
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .rouille.
...........................................................................
b. Quelle est l’origine de ce phénomène ?
L’air
. . . . . . .humide
. . . . . . . . . . . .(eau
. . . . . . .et
. . . .dioxygène)
. . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .à
. . .l’origine
. . . . . . . . . . . . .du
. . . . phénomène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .corrosion.
................................................
c. Comment protège-t-on le fer ? Donne un exemple.
On
. . . . . peut
. . . . . . . .protéger
. . . . . . . . . . . . . .le
. . .fer
. . . . .de
. . . . .la
. . . corrosion
. . . . . . . . . . . . . . .en
. . . .le
. . . .recouvrant
. . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .peinture.
........................................................
3/ Distinguer le fer de l’aluminium
Décris une expérience qui permet de distinguer une canette
en acier d’une canette en aluminium. Illustre ta description par
un schéma.
. . . . . . disposer
. . . . . . . . . . . . . d’un
. . . . . . . .aimant.
. . . . . . . . . . . .La
. . . .canette
. . . . . . . . . . . .en
. . . . acier,
. . . . . . . . .constituée
........................
Il. . .faut
canette en
aluminium
aimant
canette en
acier
aimant
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .fer,
. . . . . .est
. . . . .attirée
. . . . . . . . . .par
. . . . . .l’aimant,
. . . . . . . . . . . . . .ce
. . . .qui
. . . . . n’est
. . . . . . . .pas
.........
essentiellement
. . . cas
. . . . . .de
. . . .la
. . . .canette
. . . . . . . . . . . en
. . . . .aluminium.
..............................................................
le
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
1. Les métaux de la vie quotidienne 5
2 Élaboration de l’acier
4/ Légender un schéma
Complète les légendes avec les mots : convertisseur ; haut-fourneau ; minerai de fer ; tôle ; coulée
de fonte ; affinage ; coulée continue d’acier.
coke
haut-fourneau
dioxygène pur
2 000 °C
coulée de fonte
affinage
minerai de fer
acier sauvage
(liquide)
acier affiné
(1 600 °C)
convertisseur
ferraille
oxycoupage
(coupe de la tôle)
tôle
coulée continue d’acier
acier en cours
de solidification
brame
(20 à 25 cm díépaisseur)
3 Élaboration de l’aluminium
5/ Un minerai
a. Quel nom porte le minerai de l’aluminium ? .Le
. . . .minerai
. . . . . . . . . . . .d’aluminium
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . la
. . . .bauxite.
.............................
b. L’élaboration de l’aluminium à partir de son minerai nécessite une grande quantité d’énergie
électrique. Pourquoi ?
L’élaboration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’aluminium
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .à. . partir
. . . . . . . . . de
. . . . .son
. . . . . .minerai
. . . . . . . . . . . .utilise
. . . . . . . . . une
. . . . . . .grande
. . . . . . . . . . .quantité
. . . . . . . . . . . . . d’énergie
..........................
électrique
. . . . . . . . . . . . . . . car
. . . . . .le
. . .métal
. . . . . . . . . est
. . . . . obtenu
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . .électrolyse,
. . . . . . . . . . . . . . . . .nécessitant
. . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . intensités
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’ordre
. . . . . . . . . . de
..................
cent
. . . . . . .mille
. . . . . . . .ampères.
................................................................................................................................
4 Tri et recyclage
6/ Un métal à récupérer en priorité
Pour quel métal les économies d’énergie réalisées en utilisant du métal recyclé sont-elles très
importantes ? Justifie.
Les
. . . . . économies
. . . . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . réalisées
. . . . . . . . . . . . . .en
. . . .utilisant
. . . . . . . . . . . . .du
. . . . métal
. . . . . . . . . .recyclé
. . . . . . . . . . sont
. . . . . . . .très
. . . . . .importantes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . pour
....................
l’aluminium.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .En
. . . . .effet,
. . . . . . . . l’élaboration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’aluminium
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .à. . partir
. . . . . . . . . de
. . . . .son
. . . . . .minerai
. . . . . . . . . . . .se
. . . .fait
. . . . . par
. . . . . . électrolyse,
...................
procédé
. . . . . . . . . . . . .qui
. . . . . consomme
. . . . . . . . . . . . . . . . .beaucoup
. . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . .électrique.
..............................................................................
6 1. Les métaux de la vie quotidienne
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
7/ Tri et recyclage
a. Pourquoi doit-on trier les métaux ?
Le
. . . . tri
. . . . des
. . . . . . métaux
. . . . . . . . . . . .permet
. . . . . . . . . . . de
. . . . .les
. . . . .séparer
. . . . . . . . . . . en
. . . . .vue
. . . . . .de
. . . . leur
. . . . . . .recyclage.
...............................................................
b. Quels sont les avantages du recyclage des métaux ?
Le
. . . . recyclage
. . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . métaux
. . . . . . . . . . . .permet
. . . . . . . . . . . .de
. . . .préserver
. . . . . . . . . . . . . . les
. . . . .ressources
. . . . . . . . . . . . . . . .naturelles
. . . . . . . . . . . . . . .puisque
. . . . . . . . . . . . les
. . . . .minerais
........................
ne
. . . . .sont
. . . . . . .pas
. . . . . inépuisables,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .réaliser
. . . . . . . . . . .des
. . . . . .économies
. . . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .de
. . . .ce
. . . .fait
. . . . . .de
. . . . .limiter
..............................
la
. . . .production
. . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .dioxyde
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .carbone
. . . . . . . . . . . . responsable
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .en
. . . .partie
. . . . . . . . . .du
. . . . réchauffement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .climatique.
.............................
...............................................................................................................................................
Exercices d’application
1/ Densité
On dispose d’une éprouvette graduée, d’une balance et de trois échantillons de métaux.
Avec la balance, on détermine la masse, en gramme, d’un échantillon.
échantillon
fer
aluminium
cuivre
masse (g)
250
110
320
On remplit à moitié d’eau une éprouvette graduée. On note
le volume V1 de l’eau. On introduit l’échantillon de métal.
On note le nouveau volume V2.
échantillon
fer
aluminium
cuivre
V1 (cm3)
150
150
150
V2 (cm3)
182
Mesure du volume d’un échantillon
de métal
250
250
200
200
150
100
191
186
fer
aluminium
cuivre
masse (g)
. . . . . .250
.........
. . . . .110
..........
. . . . .320
..........
volume (cm3)
. . . . . . 32
.........
. . . . . .41
.........
. . . . . 36
..........
masse de 1 cm3
. . . . . .7,8
.........
. . . . . .2,7
.........
. . . . .8,9
..........
V1
V2
150
100
a. Complète le tableau ci-dessous.
b. La valeur, en gramme, de 1 cm3 de métal est égale à sa densité.
• Range ces métaux du plus dense au moins dense.
Cuivre,
. . . . . . . . . . .fer,
. . . . . .aluminium.
..............................................................................................................................
• Pourquoi l’aluminium (ou un alliage d’aluminium) est-il préféré au fer (acier) pour réaliser des
avions, des cadres de vélos, etc. ?
L’aluminium
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .(ou
. . . . . un
. . . . .alliage
. . . . . . . . . . .d’aluminium)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .préféré
. . . . . . . . . . . au
. . . . .fer
. . . . .(acier)
. . . . . . . . . .pour
. . . . . . . .réaliser
. . . . . . . . . . . des
. . . . . .avions
......................
et
. . . .des
. . . . . .cadres
. . . . . . . . . .de
. . . . vélos,
. . . . . . . . . car
. . . . . .c’est
. . . . . . .un
. . . . .métal
. . . . . . . . .très
. . . . . .léger.
.............................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
1. Les métaux de la vie quotidienne 7
2/ Identification
Nelly a récupéré trois fils métalliques de même diamètre et de même longueur, qu’elle note A, B
et C. Ces fils sont soit en fer, soit en aluminium, soit en cuivre. Pour les identifier, elle fait les
observations suivantes :
• contrairement au fil C, les fils A et B ne sont pas attirés par un aimant ;
• A est de couleur orangé, C gris et B gris-blanc ;
• le fil B est beaucoup plus léger que les autres.
Identifie le métal dont est fait chacun des fils en justifiant ton choix.
Le
. . . . fil
. . . .C
. . .est
. . . . .en
. . . . .fer,
. . . . . car
. . . . . il
. . .est
. . . . .attiré
. . . . . . . . .par
. . . . . .un
. . . . .aimant
. . . . . . . . . . .et
. . . il
. . .est
. . . . . de
. . . . .couleur
. . . . . . . . . . . .grise.
.............................................
Le
. . . . fil
. . . .A,
. . . .de
. . . . .couleur
. . . . . . . . . . . orangé
. . . . . . . . . . . .et
. . . .non
. . . . . . attiré
. . . . . . . . .par
. . . . . .un
. . . . .aimant,
. . . . . . . . . . . est
. . . . . .en
. . . .cuivre.
....................................................
Le
. . . .fil
. . . .B,
. . . plus
. . . . . . .léger
. . . . . . . .que
. . . . . . les
. . . . .autres,
. . . . . . . . . . .non
. . . . . .attiré
. . . . . . . . .par
. . . . . un
. . . . .aimant
. . . . . . . . . . .et
. . . de
. . . . .couleur
. . . . . . . . . . . gris-blanc
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .en
. . . . aluminium.
................
3/ Quel métal suis-je ?
a. Je suis de couleur orangé et je suis le matériau des fils électriques.
Je suis .le
. . . .cuivre.
.................................................................................................................................
b. Je rouille et je suis attiré par un aimant.
Je suis .le
. . . .fer.
.................................................................................................................................
c. Je suis un métal très léger, souvent utilisé dans les avions.
Je suis .l’aluminium.
.....................................................................................................................................
d. Je suis dense, j’aime le luxe et je reste brillant.
Je suis .l’or.
.....................................................................................................................................
e. On m’utilisait pour recouvrir des toitures, fabriquer des gouttières.
Je suis .le
. . . .zinc.
.................................................................................................................................
4/ Tri
Que doit-on placer dans les poubelles à couvercle jaune ?
La
. . . . poubelle
. . . . . . . . . . . . . .jaune,
. . . . . . . . . .destinée
. . . . . . . . . . . . .aux
. . . . . .matériaux
. . . . . . . . . . . . . . . .recyclables
. . . . . . . . . . . . . . . .autres
. . . . . . . . . .que
. . . . . . le
. . . .verre,
. . . . . . . . .doit
. . . . . . .être
. . . . . . .utilisée
.....................
pour
. . . . . . . .les
. . . . .papiers
. . . . . . . . . . .et
. . . .petits
. . . . . . . . .cartons,
. . . . . . . . . . . . les
. . . . .bouteilles
. . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .flacons
. . . . . . . . . . .en
. . . . .plastique,
. . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . emballages
. . . . . . . . . . . . . . . . . .métalliques
.................
et
. . . .briques
. . . . . . . . . . . .alimentaires.
...............................................................................................................................
5/ Recyclage
Comment est recyclé le fer dans une aciérie ?
Fais un schéma légendé.
De
. . . . .la
. . . ferraille
. . . . . . . . . . . . .provenant
. . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . carcasses
. . . . . . . . . . . . . .d’automobiles,
...................................
fonte provenant
du haut-fourneau
dioxygène
des
. . . . . .coques
. . . . . . . . . . .de
. . . . bateaux,
. . . . . . . . . . . . . .etc.
. . . . . .est
. . . . .introduite
. . . . . . . . . . . . . . . dans
..............................
les
. . . . .convertisseurs.
......................................................................................
...........................................................................................
ferraille
...........................................................................................
convertisseur
8 1. Les métaux de la vie quotidienne
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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2
Conduction électrique des métaux
Connaissances et capacités
• Comparer et interpréter le caractère conducteur de différents solides.
• Connaître les constituants d’un atome.
• Comparer les ordres de grandeur des dimensions du noyau et de l’atome.
Activités
1 Le courant électrique dans les métaux
1/ Expérimente
Tu veux réaliser un montage électrique permettant de tester quels
matériaux solides sont conducteurs électriques.
+
–
a. Quel dipôle choisis-tu pour détecter le passage du courant ?
Une
. . . . . . .lampe
. . . . . . . . . .ou
. . . . une
. . . . . . .D.E.L.
.......................................................................
b. Donne la liste des appareils nécessaires au montage.
Une
. . . . . . .pile,
. . . . . . .des
. . . . . .fils
. . . . .électriques,
. . . . . . . . . . . . . . . . .deux
. . . . . . . .pinces
. . . . . . . . . .crocodile,
. . . . . . . . . . . . . . .une
. . . . . . lampe
..................
ou
. . . . .une
. . . . . .D.E.L.
........................................................................................
c. Schématise le circuit dans le cadre ci-contre.
d. Complète le tableau ci-dessous en indiquant si la lampe (ou la D.E.L.) est allumée ou éteinte.
Matériau
cuivre
matière
plastique
fer
aluminium
verre
zinc
État de la lampe
ou de la D.E.L.
. . . allumée
..............
. . . .éteinte
.............
. . . allumée
..............
. . .allumée
..............
. . . .éteinte
.............
. . .allumée
..............
2/ Interprète
a. Tous les solides conduisent-ils le courant électrique ? Donne un exemple.
. . . . . . . les
. . . . . solides
. . . . . . . . . . .ne
. . . . conduisent
. . . . . . . . . . . . . . . . .pas
. . . . . .le
. . . courant
. . . . . . . . . . . . électrique.
. . . . . . . . . . . . . . . . .Par
. . . . . exemple,
. . . . . . . . . . . . . . le
. . . .verre
. . . . . . . .ne
. . . . .conduit
. . . . . . . . . . . .pas
.............
Tous
. . . .courant
. . . . . . . . . . . .électrique.
...............................................................................................................................
le
b. Tous les métaux conduisent-ils le courant électrique ? Donne trois exemples.
Tous
. . . . . . . les
. . . . . métaux
. . . . . . . . . . . .conduisent
. . . . . . . . . . . . . . . . .le
. . . courant
. . . . . . . . . . . . électrique.
. . . . . . . . . . . . . . . . .Par
. . . . .exemple
. . . . . . . . . . . . . :. .le
. . . .cuivre,
. . . . . . . . . .le
. . . .fer,
. . . . . l’aluminium.
...........................
...............................................................................................................................................
3/ La conduction des métaux
a. Quel est le sens conventionnel du courant électrique ?
Le
. . . . sens
. . . . . . . conventionnel
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .électrique
. . . . . . . . . . . . . . .va,
. . . . .à
. . .l’extérieur
. . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . . générateur,
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .borne
. . . . . . . . . positive
...............
à. . .la
. . . borne
. . . . . . . . . .négative.
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
2. Conduction électrique des métaux 9
b. Dans le schéma ci-contre, indique par une flèche rouge le sens
conventionnel du courant électrique et par une flèche bleue, le sens
de déplacement des électrons libres.
+
–
2 La structure de l’atome
4/ Étude documentaire
D’après le physicien britannique Ernest RUTHERFORD (1871-1937) :
« L’électricité positive, dans un atome, doit être concentrée à l’intérieur d’une région très petite
(cette région appelée noyau). De manière à obtenir un atome électriquement neutre, la charge positive est supposée être entourée à une distance convenable d’un ensemble d’électrons chargés négativement. Il est aussi nécessaire de supposer que la plus grande partie de la masse de l’atome se
trouve dans le noyau. […]
Il semble certain que le noyau de l’atome soit très petit par rapport aux dimensions de la distribution
électronique*. »
* Distribution électronique : espace sphérique occupé par les électrons.
Réponds aux questions suivantes.
a. Quels sont les constituants d’un atome ?
Un
. . . . .atome
. . . . . . . . . . est
. . . . . consitué
. . . . . . . . . . . . . d’un
. . . . . . . .noyau
. . . . . . . . . .entouré
. . . . . . . . . . . .d’électrons.
................................................................................
...............................................................................................................................................
b. Quel est le signe de la charge électrique du noyau ?
Un
. . . . .noyau
. . . . . . . . . .porte
. . . . . . . . .une
. . . . . . charge
. . . . . . . . . . .électrique
. . . . . . . . . . . . . . . positive.
.......................................................................................
...............................................................................................................................................
c. Quel est le signe de la charge électrique des électrons ?
Les
. . . . . électrons
. . . . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . .chargés
. . . . . . . . . . . .négativement.
........................................................................................................
...............................................................................................................................................
d. L’atome est-il chargé électriquement ?
Non,
. . . . . . . .l’atome
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .électriquement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .neutre.
...............................................................................................
...............................................................................................................................................
e. Où se trouve la plus grande partie de la masse de l’atome ?
La
. . . . plus
. . . . . . .grande
. . . . . . . . . . . partie
. . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .masse
. . . . . . . . . de
. . . . .l’atome
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .concentrée
. . . . . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . .noyau.
............................................
...............................................................................................................................................
f. Comment est le diamètre du noyau de l’atome par rapport au diamètre de l’atome ?
Le
. . . . diamètre
. . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .noyau
. . . . . . . . . .de
. . . . l’atome
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . très
. . . . . . .petit
. . . . . . . .par
. . . . . rapport
. . . . . . . . . . . . au
. . . . .diamètre
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’atome.
..................................
...............................................................................................................................................
10 2. Conduction électrique des métaux
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
Exercices d’application
1/ Conduction électrique des solides
On réalise le montage suivant.
+
–
Entre les pinces crocodile, on interpose différents solides indiqués dans le tableau ci-dessous.
a. Indique dans chaque cas si la lampe est allumée ou éteinte.
Objet
ciseaux
règle
règle
agitateur
fil électrique
Matériau
fer
matière
plastique
aluminium
verre
cuivre
Lampe
. . . .allumée
.............
. . . .éteinte
.............
. . . allumée
..............
. . . .éteinte
.............
. . .allumée
..............
b. Que permet de conclure cette expérience ?
Cette
. . . . . . . . .expérience
. . . . . . . . . . . . . . . . permet
. . . . . . . . . . . .de
. . . . conclure
. . . . . . . . . . . . . que
. . . . . . .tous
. . . . . . .les
. . . . .solides
. . . . . . . . . . ne
. . . . .conduisent
. . . . . . . . . . . . . . . . .pas
. . . . . le
. . . .courant
. . . . . . . . . . . .électrique.
.................
Les
. . . . . métaux
. . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . conducteurs.
.......................................................................................................................
c. Comment se comporterait un ampèremètre inséré dans le circuit ?
L’ampèremètre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .décélerait
. . . . . . . . . . . . . . .un
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .lorsque
. . . . . . . . . . . la
. . . .lampe
. . . . . . . . . .est
. . . . .allumée.
..........................................................
2/ Sens conventionnel du courant électrique et sens de déplacement des électrons
On relie une pile de 4,5 V à une D.E.L. branchée dans le sens passant et munie d’une résistance de
protection.
a. La D.E.L. s’allume-t-elle ? Pourquoi ?
La
. . . . D.E.L.
. . . . . . . . . s’allume
. . . . . . . . . . . . .parce
. . . . . . . . .qu’elle
. . . . . . . . . . .est
. . . . .dans
. . . . . . . le
. . . .sens
. . . . . . .passant
. . . . . . . . . . . .et
. . . que
. . . . . . .les
. . . . .fils
. . . . .de
. . . . cuivre
. . . . . . . . . .conduisent
............................
le
. . . .courant
. . . . . . . . . . . .électrique.
...............................................................................................................................
b. Schématise l’expérience dans le cadre ci-contre.
+
–
c. Indique sur le schéma le sens conventionnel du courant par
des flèches rouges et le sens de déplacement des électrons par
des flèches bleues.
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2. Conduction électrique des métaux 11
3/ Vrai ou faux ?
Indique si les propositions suivantes sont vraies ou fausses et corrige celles qui sont fausses.
a. La plus grande partie de la masse d’un atome est concentrée dans son noyau.
Vrai.
...............................................................................................................................................
b. Le diamètre d’un atome est égal à celui de son noyau.
Faux.
. . . . . . . . .Le
. . . .diamètre
. . . . . . . . . . . . . .d’un
. . . . . . . atome
. . . . . . . . . . est
. . . . . .environ
. . . . . . . . . . . 100
. . . . . . .000
. . . . . .fois
. . . . . .plus
. . . . . . .grand
. . . . . . . . .que
. . . . . . .celui
. . . . . . . de
. . . . .son
. . . . . .noyau.
......................
c. L’atome est électriquement chargé.
Faux.
. . . . . . . . .L’atome
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .électriquement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .neutre.
..............................................................................................
4/ Dimensions de l’atome et du noyau
Les diamètres du noyau et de l’atome d’aluminium sont indiqués dans le tableau ci-dessous.
Diamètre de l’atome
Diamètre du noyau
D = 3 ⴛ 10–8 cm
d = 2 ⴛ 10–13 cm
Calcule le rapport entre le diamètre D de l’atome et celui d, du noyau.
D
3 ⴛ 10–8 = 1,5 ⴛ 105 = 150 000.
. . . . .=
. . . . . . . . . . . . . .–13
............................................................................................................................
d
2 ⴛ 10
Qu’y a-t-il entre le noyau et les électrons ?
Entre
. . . . . . . . .le
. . . noyau
. . . . . . . . . .et
. . . .les
. . . . .électrons,
. . . . . . . . . . . . . . .il. . y
. . .a. . du
. . . . .vide.
.....................................................................................
5/ Changement d’échelle
Le rayon de l’atome est environ 100 000 fois plus grand que le rayon du noyau.
Supposons que le noyau ait la taille d’un pamplemousse de 5 cm de rayon.
a. Quel serait le rayon de l’atome correspondant ?
Le
. . . . rayon
. . . . . . . . . de
. . . . .l’atome
. . . . . . . . . . . .correspondant
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .serait
. . . . . . . . .:. 5
. . .ⴛ
. . . 100
. . . . . . 000
......=
. . . 500
. . . . . . 000
. . . . . . cm.
................................................
b. Exprime le résultat en m, puis en km.
500
. . . . . .000
. . . . . . cm
. . . . .=
. . .5
. . .000
. . . . . .m
. . . .=. . 5
. . .km.
.........................................................................................................
6/ Un collier d’atomes de fer
L’unité de longueur utilisée pour mesurer les dimensions des atomes est le nanomètre (symbole nm) :
1 nm = 10–9 m et 1 m = 109 nm.
Le diamètre d’un atome de fer est environ 0,25 nm.
a. Combien d’atomes de fer pourrait-on placer côte à côte dans un collier de 1 m de longueur ?
109
9
9
Nombre
. . . . . . . . . . . . .d’atomes
. . . . . . . . . . . . . .:. . . . . . . . . .=. . .4. . ⴛ
. . . 10
. . . . ... .On
. . . . .pourrait
. . . . . . . . . . . . .placer
. . . . . . . . . .4. . ⴛ
. . . 10
. . . . . .atomes.
....................................................
0,25
...............................................................................................................................................
b. Écris ce nombre en toutes lettres
Quatre
. . . . . . . . . . .milliards
. . . . . . . . . . . . . d’atomes.
.......................................................................................................................
12 2. Conduction électrique des métaux
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3
Conduction électrique
des solutions aqueuses
Connaissances et capacités
• Montrer que certaines solutions aqueuses conduisent le courant électrique.
• Interpréter la conduction du courant par certaines solutions aqueuses.
• Reconnaître un ion d’après sa formule.
Activités
1 La conduction électrique des solutions
1/ Test de conductivité
Schématise un montage électrique qui permet de tester le caractère
conducteur de solutions.
+
–
2/ Solutions conductrices et solutions isolantes
Classe les solutions suivantes selon qu’elles sont conductrices ou isolantes :
eau distillée ; eau sucrée ; eau salée ; eau minérale.
Solutions isolantes
Solutions conductrices
. . . . . . . . . . . . .eau
. . . . . .distillée
.......................
. . . . . . . . . . . . . .eau
. . . . . .salée
......................
. . . . . . . . . . . . . .eau
. . . . . .sucrée
......................
. . . . . . . . . . .eau
. . . . . . minérale
.........................
3/ Complète les phrases
Les solutions aqueuses qui conduisent le courant électrique contiennent des particules électriquement chargées appelées des .ions
.......................................
Celles qui ne conduisent pas le courant ne contiennent que des . molécules
.......................................
2 La nature du courant dans une solution aqueuse
4/ Formule des ions
a. L’ion cuivre provient d’un atome de cuivre (symbole Cu) qui a perdu 2 électrons.
2+
Écris sa formule : . Cu
.....................................................................................................................
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3. Conduction électrique des solutions aqueuses 13
b. L’ion chlorure provient d’un atome de chlore (symbole Cl) qui a gagné 1 électron.
Écris sa formule : . Cl
. . . –. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c. L’ion fer (III) provient d’un atome de fer (symbole Fe) qui a perdu 3 électrons.
3+
Écris sa formule : . Fe
.....................................................................................................................
5/ Description des ions
a. Interprète la formule de l’ion permanganate MnO4–.
– . . . . . . . . . . . . . .d’un
L’ion
. . . . . . . .MnO
. . . . . . .4. . provient
. . . . . . .groupe
. . . . . . . . . . . d’atomes
. . . . . . . . . . . . . . .qui
. . . . .a
. . .gagné
. . . . . . . . . .un
. . . . .électron.
........................................................
b. Interprète la formule de l’ion sulfate SO42–.
L’ion
. . . . . . . .sulfate
. . . . . . . . . . provient
. . . . . . . . . . . . . .d’un
. . . . . . .groupe
. . . . . . . . . . . .d’atomes
. . . . . . . . . . . . . .qui
. . . . .a
. . .gagné
. . . . . . . . . .deux
. . . . . . . .électrons.
....................................................
6/ Décris et interprète une expérience
On dépose un cristal de sulfate de cuivre bleu et un cristal de permanganate de potassium violet sur
du papier-filtre imbibé d’eau salée. Le papier-filtre est reliée aux bornes + et – d’un générateur.
a. Dessine ce qu’on observe après une dizaine de minutes
sens du
courant
I
sens du
courant
I
I
I
b. Interprète ce qu’il s’est passé.
2+
La
. . . . tache
. . . . . . . . .bleue
. . . . . . . . .est
. . . . .due
. . . . . . .aux
. . . . . .ions
. . . . . . .Cu
. . . . . ... .Ces
. . . . . .ions
. . . . . . positifs
. . . . . . . . . . . .se
. . . déplacent
. . . . . . . . . . . . . . . .vers
. . . . . . la
. . . .borne
. . . . . . . . .–
. . .du
. . . . .générateur,
..................
dans
. . . . . . . .le
. . .sens
. . . . . . .du
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .électrique.
. . . . . . . . . . . . . . . . La
. . . . tache
. . . . . . . . . bleue
. . . . . . . . . s’étale
. . . . . . . . . . .vers
. . . . . .la
. . . .borne
. . . . . . . . .–
. . .du
. . . . générateur.
.................................
–
La
. . . . tache
. . . . . . . . .violette
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .due
. . . . . . .aux
. . . . . .ions
. . . . . . permanganate
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .MnO
. . . . . . .4. .. . Ces
. . . . . .ions
. . . . . . .négatifs
. . . . . . . . . . . . se
. . . . déplacent
. . . . . . . . . . . . . . . .donc
. . . . . . . vers
.........
la
. . . .borne
. . . . . . . . .+
. . .du
. . . . .générateur,
. . . . . . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .le
. . . sens
. . . . . . . contraire
........ ......à
. . .celui
. . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . .électrique.
. . . . . . . . . . . . . . . .La
. . . .tache
. . . . . . . . .violette
................
s’étale
. . . . . . . . . . vers
. . . . . . .la
. . . borne
. . . . . . . . . .+
. . .du
. . . . générateur.
..........................................................................................................
...............................................................................................................................................
3 Les solides ioniques et la conduction électrique
7/ Test d’un cristal de sel
Pourquoi un cristal de chlorure de sodium (sel de table) ne conduit-il pas le courant électrique ?
Dans
. . . . . . . .un
. . . . .cristal,
. . . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . ne
. . . . .peuvent
. . . . . . . . . . . . .pas
. . . . . .se
. . . déplacer,
. . . . . . . . . . . . . . même
. . . . . . . . . . lorsque
. . . . . . . . . . . .le
. . . cristal
. . . . . . . . . .est
. . . . .relié
. . . . . . .aux
. . . . . . bornes
...............
d’un
. . . . . . . générateur.
. . . . . . . . . . . . . . . . . .Aucun
. . . . . . . . . . courant
. . . . . . . . . . . . .ne
. . . .peut
. . . . . . . .circuler.
...................................................................................
14 3. Conduction électrique des solutions aqueuses
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
Exercices d’application
1/ Conduction du courant électrique
Dans le circuit dessiné ci-dessous, quelles particules conduisent le courant :
a. dans les fils de connexion ?
Dans
. . . . . . . .un
. . . . .fil
. . . .de
. . . .connexion,
. . . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .électrons
. . . . . . . . . . . . . .libres
. . . . . . . . assurent
. . . . . . . . . . . . . la
. . . .circulation
. . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . .courant.
........................................
b. dans la solution d’eau salée ?
Dans
. . . . . . . .une
. . . . . . solution
. . . . . . . . . . . . .d’eau
. . . . . . . . .salée,
. . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . .assurent
. . . . . . . . . . . . .la
. . .circulation
. . . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .courant.
.................................................
2/ Vrai ou faux ?
Réponds par Vrai ou Faux.
a. Une solution formée de molécules conduit le courant électrique. . .Faux.
............................................
b. Une solution ionique conduit le courant électrique. . .Vrai.
...............................................................
c. Une molécule est une particule électriquement chargée. . .Faux.
.......................................................
d. Un ion est une particule électriquement chargée. . .Vrai.
.................................................................
3/ Décris une expérience
Sur une feuille de papier-filtre imbibée de chlorure de sodium
incolore, on a déposé une goutte de permanganate de potassium
(ions MnO4– violets et K+ incolores) et une goutte de dichromate de
potassium (ions Cr2O72– orangés et ions K+ incolores).
Ce papier-filtre est relié aux bornes d’un générateur par l’intermédiaire des fils de connexion. On obtient le résultat de la figure
ci-contre après quelques minutes.
a. Interprète cette expérience.
2–
La
. . . . tache
. . . . . . . . .orange
. . . . . . . . . . . est
. . . . . due
. . . . . . .aux
. . . . . .ions
. . . . . . .dichromate
. . . . . . . . . . . . . . . . .Cr
. . . 2. .O
. .7. . ... Ces
. . . . . .ions
. . . . . . .négatifs
. . . . . . . . . . . . .se
. . . déplacent
. . . . . . . . . . . . . . . .vers
. . . . . . la
. . . .borne
...........
positive
. . . . . . . . . . . .du
. . . . .générateur,
. . . . . . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . .le
. . . .sens
. . . . . . .contraire
. . . . . . . . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . .électrique.
...........................................................
–
La
. . . . tache
. . . . . . . . .violette
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .due
. . . . . . .aux
. . . . . .ions
. . . . . . permanganate
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .MnO
. . . . . . .4. .. . Ces
. . . . . .ions
. . . . . . .négatifs
. . . . . . . . . . . . se
. . . . déplacent
................................
vers
. . . . . . .la
. . .borne
. . . . . . . . . .positive
. . . . . . . . . . . .du
. . . . .générateur,
. . . . . . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .le
. . . sens
. . . . . . . contraire
. . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . . électrique.
........................................
b. Déduis de cette interprétation où sont les bornes positive et négative du générateur.
La
. . . . borne
. . . . . . . . . .positive
. . . . . . . . . . . .du
. . . . .générateur
. . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .donc
. . . . . . . .du
. . . . côté
. . . . . . . .des
. . . . . taches
. . . . . . . . . . violette
. . . . . . . . . . . . et
. . . . orange.
.......................................
...............................................................................................................................................
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3. Conduction électrique des solutions aqueuses 15
4/ Formule des ions
Complète les légendes en indiquant le nombre et le type d’atome, ainsi que le nombre d’électrons
gagnés ou perdus lors de la formation de l’ion.
Ion sodium
.l’atome
. . . . . . . . . . . .de
. . . . sodium
..........................
.a. . perdu
. . . . . . . . . .1
. . .électron
...........................
Na+
.1. . atome
. . . . . . . . . . .de
. . . .sodium
.........................
...........................................
Ion calcium
(aide : Ca est le symbole de l’atome de calcium)
.l’atome
. . . . . . . . . . . .de
. . . . calcium
..........................
.a. . perdu
. . . . . . . . . .2
. . .électrons
...........................
Ca2+
.1. . atome
. . . . . . . . . . .de
. . . .calcium
.........................
...........................................
Ion dichromate
(aide : Cr est le symbole de l’atome de chrome)
.le
. . .groupe
. . . . . . . . . . . .d’atomes
...........................
.a. . gagné
. . . . . . . . . .2
. . .électrons
...........................
Cr2O72–
.2. . atomes
. . . . . . . . . . . .de
. . . . chrome
........................
. .7. . atomes
. . . . . . . . . . . .d’oxygène
...........................
...........................................
...........................................
5/ Description d’un ion
La formule de l’ion sulfate est SO42–.
a. Quel est le nombre d’atomes constituant cet ion ?
Cet
. . . . . .ion
. . . . .est
. . . . .un
. . . . .groupement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .cinq
. . . . . . atomes
. . . . . . . . . . . .:. un
. . . . .atome
. . . . . . . . . .de
. . . . .soufre
. . . . . . . . . (S)
. . . . .et
. . . .quatre
. . . . . . . . . .atomes
. . . . . . . . . . .d’oxygène
. . . . . . . . . . . . . . . .(O).
.....
...............................................................................................................................................
b. Ce groupement d’atomes a-t-il perdu ou gagné des électrons ? Combien ?
Cet
. . . . . .ion
. . . . . est
. . . . . négatif.
. . . . . . . . . . . . .Ce
. . . . groupement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . d’atomes
..............a
. . .gagné
. . . . . . . . . .deux
. . . . . . . .électrons.
........................................................
...............................................................................................................................................
16 3. Conduction électrique des solutions aqueuses
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4 Ions et pH
Connaissances et capacités
• Réaliser les tests de reconnaissance des ions chlorure : Cl–, cuivre : Cu 2+, fer (II) : Fe 2+
et fer (III) : Fe3+.
• Identifier, à l’aide d’un pH-mètre ou du papier pH, les solutions neutres, acides et basiques.
• Connaître les dangers que représentent les produits acides ou basiques concentrés.
Activités
1 Tests de reconnaissance de quelques ions
1/ Identification des ions chlorure
Victor dispose de trois solutions différentes contenues chacune dans un tube à essai : une solution 1
de chlorure de sodium contenant des ions chlorure (Cl–) et des ions sodium (Na+), une solution 2 de
nitrate de sodium contenant des ions nitrate (NO3–) et des ions sodium (Na+) et une solution 3 de
chlorure de potassium contenant des ions chlorure (Cl–) et des ions potassium (K+).
Il introduit dans chaque solution quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent.
a. Qu’observe Victor dans chaque tube à essai ?
Avec la solution 1, Victor observe : .un
. . . . précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . .qui
. . . . . noircit
. . . . . . . . . . .à. .la
. . . .lumière.
...........................................
Avec la solution 2, Victor observe : .aucun
. . . . . . . . . précipité.
...................................................................................
Avec la solution 3, Victor observe : .un
. . . . précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . .qui
. . . . . noircit
. . . . . . . . . . .à. .la
. . . .lumière.
...........................................
b. Quel est le nom et quelle est la formule chimique des ions caractérisés avec la solution de nitrate
d’argent ?
–
La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . nitrate
. . . . . . . . . . .d’argent
. . . . . . . . . . . . . permet
. . . . . . . . . . . .de
. . . . caractériser
. . . . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . chlorure
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .formule
. . . . . . . . . . . . chimique
. . . . . . . . . . . . . . .Cl
. . . .. . . . .
2/ Identification des ions cuivre,
soude
soude
soude
fer (II) et fer (III)
Kim dispose de trois solutions différentes
contenues chacune dans un tube à essai :
une solution A de sulfate de fer (II) contenant des ions fer (II) Fe2+ et des ions
précipité
précipité
précipité
sulfate SO42–, une solution B de chlorure
bleu
vert
rouille
de fer (III) contenant des ions chlorure
Cl– et des ions fer (III) Fe3+ et une solution
C de sulfate de cuivre contenant des ions
expérience 1
expérience 2
expérience 3
sulfate SO42– et des ions cuivre Cu2+.
Elle verse dans chaque solution quelques gouttes de soude, comme indiqué sur la figure.
a. Indique la solution utilisée pour chacune des expériences 1 à 3 en reliant l’expérience à sa solution :
expérience 1 •
•
solution A
expérience 2 •
•
solution B
expérience 3 •
•
solution C
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4. Ions et pH 17
b. Quels sont les ions caractérisés lors de ces expériences ?
Expérience 1 : .le
. . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . bleu
. . . . . . . .obtenu
. . . . . . . . . . .avec
. . . . . . . la
. . . .soude
. . . . . . . . . permet
. . . . . . . . . . . .de
. . . . caractériser
. . . . . . . . . . . . . . . . . .l’ion
. . . . . . .cuivre
.........................
2+
de
. . . . .formule
. . . . . . . . . . . .Cu
. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Expérience 2 : .le
. . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . vert
. . . . . . .obtenu
. . . . . . . . . . . avec
. . . . . . . .la
. . . soude
. . . . . . . . . .permet
. . . . . . . . . . . de
. . . . .caractériser
. . . . . . . . . . . . . . . . . l’ion
. . . . . . . .fer
. . . . .(II)
....................
2+
de
. . . . .formule
. . . . . . . . . . . .Fe
. . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Expérience 3 : .le
. . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . rouille
. . . . . . . . . . .obtenu
. . . . . . . . . . .avec
. . . . . . . la
. . . .soude
. . . . . . . . . permet
. . . . . . . . . . . .de
. . . . caractériser
. . . . . . . . . . . . . . . . . .l’ion
. . . . . . .fer
. . . . .(III)
.................
3+
de
. . . . .formule
. . . . . . . . . . . .Fe
. . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Mesure du pH des solutions
3/ Utilisation du papier pH
Zoé dispose de trois solutions : une eau minérale
Volvic® (solution A), du liquide pour lave-vaisselle
(solution B) et du vinaigre blanc (solution C).
Elle dépose une goutte de chacune des solutions
sur un morceau de papier indicateur de pH, comme
indiqué sur la figure.
a. Pour chacune des expériences, quel est le pH
indiqué par le papier indicateur ?
Expérience 1 : pH = . 7
.............................................
Expérience 2 : pH = . 2
.............................................
Expérience 3 : pH = . 10
.............................................
expérience 1
expérience 2
expérience 3
b. Pour chacune des expériences (1, 2 et 3), indique la solution (A, B et C) utilisée en reliant l’expérience à la solution.
expérience 1 •
•
solution A
expérience 2 •
•
solution B
expérience 3 •
•
solution C
3 Effet de la dilution sur le pH des solutions
4/ Le pH des solutions diluées
Samir mesure, avec un pH-mètre, le pH d’une solution A d’acide chlorhydrique.
Il prélève 10 mL de cette solution A qu’il mélange
10 mL
avec 90 mL d’eau pour obtenir une solution B dont
il mesure le pH.
Il prélève 10 mL de cette solution B qu’il mélange
acide
avec 90 mL d’eau pour obtenir une solution C dont
chlorhydrique
il mesure le pH.
A
B
Il prélève 10 mL de cette solution C qu’il mélange
avec 90 mL d’eau pour obtenir une solution D dont il mesure le pH.
Il a inscrit les valeurs de pH dans le désordre : 5,2 ; 2,2 ; 4,2 ; 3,2.
18 4. Ions et pH
10 mL
C
10 mL
D
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a. Attribue à chaque solution la valeur de son pH.
Solution A : .pH
. . . . .=. . 2,2
..........................................
Solution B : .pH
. . . . .=
. . .3,2
..............................................
Solution C : .pH
. . . . .=
. . .4,2
.........................................
Solution D : .pH
. . . . .=. . 5,2
..............................................
b. Si Samir continue à diluer, vers quelle valeur tendra le pH de la solution ?
. . . Samir
. . . . . . . . . continue
. . . . . . . . . . . . . .à
. . .diluer,
. . . . . . . . . .le
. . .pH
. . . . . tend
. . . . . . . .vers
. . . . . . .7.
.................................................................................
Si
Exercices d’application
1/ Identification des ions chlorure
a. Quel réactif utilise-t-on pour caractériser les ions chlorure contenus dans une solution ?
Pour
. . . . . . . .caractériser
. . . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .contenus
. . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . une
. . . . . . .solution,
. . . . . . . . . . . . .on
. . . . .utilise
. . . . . . . . . une
. . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .nitrate
..............
d’argent.
...............................................................................................................................................
b. Que donne ce réactif en présence d’ions chlorure ? Quelle est l’influence de la lumière ?
En
. . . . .présence
. . . . . . . . . . . . . d’ions
. . . . . . . . . .chlorure,
. . . . . . . . . . . . . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . nitrate
. . . . . . . . . . .d’argent
. . . . . . . . . . . . . donne
. . . . . . . . . . .un
. . . . précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . .qui
. . . . . noircit
..............
à. . .la
. . . lumière.
.........................................................................................................................................
c. Quelle est la formule chimique des ions chlorure ?
–
La
. . . . formule
. . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .ions
. . . . . . chlorure
. . . . . . . . . . . . . est
. . . . . Cl
. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2/ Identification des ions fer
Un jardinier utilise du sulfate de fer comme produit anti-mousse. Pour savoir s’il s’agit de sulfate
de fer (II) ou de fer (III), il en dissout un peu dans l’eau et il ajoute quelques gouttes de soude.
Un précipité vert apparaît.
a. Quel est l’ion mis en évidence ?
. . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .vert
. . . . . . obtenu
. . . . . . . . . . . .avec
. . . . . . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .soude
. . . . . . . . .met
. . . . . . .en
. . . .évidence
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . ions
. . . . . . .fer
. . . . .(II)
. . . . .de
. . . . formule
. . . . . . . . . . . . .Fe
. . .2+
. . ..
Le
...............................................................................................................................................
b. Quelles sont les formules chimiques des ions fer (II) ? des ions fer (III) ?
2+
3+
La
. . . . formule
. . . . . . . . . . . . .des
. . . . . ions
. . . . . . . fer
. . . . . (II)
. . . . .est
. . . . .Fe
. . . . . ... .Celle
. . . . . . . .des
. . . . . .ions
. . . . . . fer
. . . . . (III)
. . . . . .est
. . . . .Fe
. . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3/ Le perchlorure de fer
Le perchlorure de fer est utilisé pour réaliser des circuits imprimés.
a. Quelle expérience peux-tu faire pour montrer qu’une solution de perchlorure de fer contient des
ions chlorure ?
Pour
. . . . . . . .montrer
. . . . . . . . . . . . qu’une
. . . . . . . . . . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .perchlorure
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . fer
. . . . . contient
. . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .ions
. . . . . . chlorure,
. . . . . . . . . . . . . .on
. . . . .peut
. . . . . . . verser
. . . . . . . . . .dans
.......
cette
. . . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . .quelques
. . . . . . . . . . . . . .gouttes
. . . . . . . . . . . .d’une
. . . . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .nitrate
. . . . . . . . . . .d’argent.
. . . . . . . . . . . . . .Un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . apparaît
. . . . . . . . . . . . . .en
....
présence
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . ions
. . . . . . . chlorure.
. . . . . . . . . . . . . .Attention
. . . . . . . . . . . . . . .:. .une
. . . . . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .perchlorure
. . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .fer
. . . . .est
. . . . .de
. . . . .couleur
. . . . . . . . . . . rouille
. . . . . . . . . . .et
...
la
. . . .couleur
. . . . . . . . . . . du
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .modifiée.
........................................................................................................
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4. Ions et pH 19
b. En ajoutant quelques gouttes de soude dans une solution de perchlorure de fer, on observe un
précipité rouille. Quels ions sont ainsi mis en évidence ?
La
. . . . formation
. . . . . . . . . . . . . . . .d’un
. . . . . . . précipité
. . . . . . . . . . . . . .rouille
. . . . . . . . . .lors
. . . . . . de
. . . . .l’ajout
. . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . soude
. . . . . . . . . .dans
. . . . . . . la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .met
. . . . . . en
......
évidence
. . . . . . . . . . . . . .la
. . . présence
. . . . . . . . . . . . . .d’ions
. . . . . . . . . fer
. . . . . (III).
..................................................................................................
c. Donne les formules chimiques des ions positifs et des ions négatifs contenus dans une solution
de perchlorure de fer.
3+
Les
. . . . . ions
. . . . . . . positifs
. . . . . . . . . . . contenus
. . . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .perchlorure
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .fer
. . . . . ont
. . . . . .pour
. . . . . . . .formule
. . . . . . . . . . . . Fe
. . . . . . . et
. . . . les
. . . . .ions
........
–
négatifs
. . . . . . . . . . . . .ont
. . . . . .pour
. . . . . . . formule
. . . . . . . . . . . . .Cl
. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4/ Les ions cuivre
On dispose d’une solution A de nitrate de cuivre et d’une solution B de chlorure de cuivre.
a. Qu’observe-t-on si on ajoute quelques gouttes de solution de nitrate d’argent à chacune des
solutions ?
Le
. . . . nitrate
. . . . . . . . . . .d’argent
. . . . . . . . . . . . . forme
. . . . . . . . . .un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . blanc
. . . . . . . . .en
. . . . .présence
. . . . . . . . . . . . . d’ions
. . . . . . . . . .chlorure.
. . . . . . . . . . . . . .On
. . . . .observe
. . . . . . . . . . . .donc
. . . . . . . .un
...........
précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . .ajoute
. . . . . . . . . .le
. . . .nitrate
. . . . . . . . . . d’argent
. . . . . . . . . . . . . .à. . la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .B. . et
. . . . aucun
. . . . . . . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .lorsqu’on
...................
l’ajoute
. . . . . . . . . . . .à
. . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .A.
................................................................................................................
b. Qu’observe-t-on si on ajoute à chacune des solutions quelques gouttes de soude ?
La
. . . . soude,
. . . . . . . . . . .en
. . . .présence
. . . . . . . . . . . . . .d’ions
. . . . . . . . . cuivre,
. . . . . . . . . . .donne
. . . . . . . . . .un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . bleu.
. . . . . . . . .On
. . . . .observe
. . . . . . . . . . . .donc
. . . . . . . .un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . bleu
..........
lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . .ajoute
. . . . . . . . . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . soude
. . . . . . . . . .à
. . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .A
. . .et
. . . .à. . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .B.
...........................................
c. Nomme et donne la formule chimique des ions que l’on caractérise dans la solution A.
2+
Dans
. . . . . . . .la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . .A,
. . . . on
. . . . .caractérise
. . . . . . . . . . . . . . . .l’ion
. . . . . . . cuivre
. . . . . . . . . .Cu
. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d. Nomme et donne la formule chimique des ions que l’on caractérise dans la solution B.
–
2+
Dans
. . . . . . . .la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . .B
. . .on
. . . . .caractérise
. . . . . . . . . . . . . . . .d’une
. . . . . . . . .part
. . . . . . .l’ion
. . . . . . . chlorure
. . . . . . . . . . . . . Cl
. . . . ,. .et
. . . .d’autre
. . . . . . . . . . . part
. . . . . . . l’ion
. . . . . . . .cuivre
. . . . . . . . . Cu
. . . . . . ... . . . . . .
5/ Acidité, ions hydrogène et ions hydroxyde
On mesure avec un pH-mètre le pH de trois solutions
différentes 1, 2 et 3.
Laquelle des ces solutions :
a. est acide ?
La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .1,
. . .de
. . . . .pH
. . . . .inférieur
. . . . . . . . . . . . .à
. . .7,
. . . est
. . . . . .acide.
....................
b. est basique ?
La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .3,
. . .de
. . . . .pH
. . . . .supérieur
. . . . . . . . . . . . . .à
. . .7,
. . . est
. . . . . .basique.
...................
solution 1
solution 2
solution 3
c. contient autant d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO– ?
La
. . . . solution
. . . . . . . . . . . . .2. . .est
. . . . .neutre
. . . . . . . . . .(pH
. . . . . .=
. . .7)
. . . .:. .elle
. . . . . .contient
. . . . . . . . . . . . .autant
. . . . . . . . . . d’ions
. . . . . . . . . .H
. .+. . que
. . . . . . .d’ions
. . . . . . . . . HO
. . . . .–... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d. contient plus d’ions H+ que d’ions HO– ?
. . . . solution
. . . . . . . . . . . . .1,
. . . qui
. . . . . .est
. . . . .acide,
. . . . . . . . . contient
. . . . . . . . . . . . . plus
. . . . . . .d’ions
. . . . . . . . . .H
. .+. . que
. . . . . . .d’ions
. . . . . . . . . HO
. . . . .–... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
La
20 4. Ions et pH
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6/ Solutions acides, basiques ou neutres
Julie a mesuré, avec un pH-mètre, le pH de différentes boissons.
a. Indique dans le tableau, en mettant des croix dans les bonnes cases, si ces boissons sont acides,
neutres ou basiques.
Boisson
eau
de Vichy®
eau de
Perrier
jus de
tomate
jus
d’orange
eau
de Volvic®
eau
d’Évian
lait
pH
8,2
5
4,5
3,5
7
7,2
7
✗
✗
✗
Acide
Basique
✗
Neutre
✗
✗
✗
b. Parmi ces boissons, quelle est :
• la boisson la plus acide ?
La
. . . . boisson
. . . . . . . . . . . .la
. . . .plus
. . . . . . acide
. . . . . . . . .est
. . . . .celle
. . . . . . . dont
. . . . . . . .le
. . . .pH
. . . . .est
. . . . .le
. . . plus
. . . . . . .faible
. . . . . . . . . :. .le
. . . .jus
. . . . .d’orange.
............................................
• la boisson la plus basique ?
®
La
. . . . boisson
. . . . . . . . . . . .la
. . . .plus
. . . . . . basique
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . .celle
. . . . . . .dont
. . . . . . . .le
. . . pH
. . . . . est
. . . . . le
. . . .plus
. . . . . . .élevé
. . . . . . . . :. .l’eau
. . . . . . . .de
. . . . .Vichy
. . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7/ Dilution des solutions
Antoine mesure, avec un pH-mètre, le pH de l’eau du robinet. Il trouve pH = 6,8.
Dans 100 mL d’eau, il verse 10 mL de vinaigre blanc contenant de l’acide éthanoïque (acide
acétique).
a. Le pH de la solution A ainsi obtenue est-il supérieur, égal ou inférieur à 6,8 ?
Antoine
. . . . . . . . . . . . .a. . ajouté
. . . . . . . . . . .un
. . . . acide
. . . . . . . . .dans
. . . . . . . l’eau
. . . . . . . . du
. . . . .robinet
. . . . . . . . . . . .:. .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .A
. . .obtenue
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .plus
. . . . . . .acide
. . . . . . . . que
. . . . . . .l’eau
...........
et
. . . .son
. . . . . .pH
. . . . .est
. . . . .inférieur
.............à
. . .6,8.
...........................................................................................................
b. À 10 mL de la solution A, il ajoute 100 mL d’eau du robinet pour obtenir une solution B.
Le pH de la solution B :
• est-il supérieur, égal ou inférieur à celui de la solution A ? Justifie ta réponse.
Antoine
. . . . . . . . . . . . .a. . dilué
. . . . . . . . la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .A.
. . . .En
. . . . la
. . . .diluant,
. . . . . . . . . . . .il. . .a. .diminué
. . . . . . . . . . . . .son
. . . . . .acidité.
. . . . . . . . . . . Son
. . . . . . .pH
. . . . .est
. . . . .supérieur
. . . . . . . . . . . . . .à
. . .celui
..........
de
. . . . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .A.
..........................................................................................................................
• est-il supérieur, égal ou inférieur à 7 ? Justifie ta réponse.
Même
. . . . . . . . . .si
. . .elle
. . . . . .est
. . . . . diluée
. . . . . . . . . .par
. . . . . .rapport
. . . . . . . . . . . .à. . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .A,
. . . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .B
. . .contient
. . . . . . . . . . . . .néanmoins
. . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’acide
. . . . . . . . . .:. . . . .
son
. . . . . .pH
. . . . .reste
. . . . . . . .inférieur
. . . . . . . . . . . . . .à. .7,
. . . .pH
. . . . .de
. . . . l’eau.
...............................................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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4. Ions et pH 21
5
Réaction entre l’acide
chlorhydrique et le fer
Connaissances et capacités
• Réaliser la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique.
• Mettre en évidence les réactifs et les produits de la réaction.
• Écrire le bilan de la réaction.
Activités
1 Composition de l’acide chlorhydrique
1/ Caractérisation des ions de l’acide chlorhydrique
Nadia verse de l’acide chlorhydrique dilué dans un bécher.
a. À l’aide d’un pH-mètre, elle mesure le pH de la solution.
• La solution est-elle acide ou basique ? .La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .acide.
................................................................
• Par conséquent, quels sont les ions présents dans l’acide chlorhydrique ? .Les
. . . . . ions
. . . . . . .présents
. . . . . . . . . . . . .sont
. . . . . . . les
.....
. . . . . . .hydrogène.
........................................................................................................................................
ions
+
• Quelle est la formule de ces ions ? .H
. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• Parmi ces valeurs de pH, laquelle peut-elle trouver : 2 ou 7 ou 9 ?
La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .étant
. . . . . . . . .acide,
. . . . . . . . .elle
. . . . . .peut
. . . . . . . .trouver
. . . . . . . . . . . 2.
...................................................................................
b. Elle verse ensuite, dans un tube à essai, un peu d’acide chlorhydrique dilué et elle ajoute
quelques gouttes de nitrate d’argent.
• Qu’observe-t-elle dans le tube ? . Elle
. . . . . . .observe
. . . . . . . . . . . .un
. . . . précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . .qui
. . . . . noircit
. . . . . . . . . . .à. . la
. . . .lumière.
..........................
• Quels ions a-t-elle mis en évidence ? .Elle
. . . . . .a
. . .mis
. . . . . .en
. . . .évidence
. . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . chlorure.
...........................................
–
• Indique la formule de ces ions : .Cl
. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2/ Reconnaître une solution d’acide chlorhydrique
Etienne dispose de deux flacons A et B sans étiquette, l’un d’acide chlorhydrique, l’autre de soude.
Il mesure le pH de chaque solution.
a. Quel est le pH de la solution contenue dans
A
le flacon A ? .Le
. . . .pH
. . . . .de
. . . . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .10.
.....................
b. Quel est le pH de la solution contenue dans
le flacon B ? . .Son
. . . . . .pH
. . . . .est
. . . . .3.
........................................
B
c. Quelle solution contient le flacon A ?
. . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . d’hydroxyde
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .sodium
. . . . . . . . . . . (soude).
.........................................................................................
Une
d. Quelle solution contient le flacon B ? .Elle
. . . . . .contient
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’acide
. . . . . . . . . .chlorhydrique.
..................................................
e. Quels ions sont présents dans la solution du flacon B ?
Des
. . . . . .ions
. . . . . . .hydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . et
. . . . des
. . . . . .ions
. . . . . . .chlorure.
.................................................................................................
22 5. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
2 Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique
3/ La paille et l’acide chlorhydrique
Parmi les affirmations suivantes, raye celles qui sont fausses.
Lorsque l’acide chlorhydrique est au contact de la paille de fer :
• un précipité blanc se forme ;
• la paille de fer disparaît ;
• quand on approche une allumette de l’orifice du tube, il se produit une légère détonation ;
• du dioxygène se dégage.
4/ Le dihydrogène
a. Comment peut-on produire du dihydrogène ?
On
. . . . . peut
. . . . . . . .produire
. . . . . . . . . . . . . du
. . . . .dihydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . en
. . . . .faisant
. . . . . . . . . . .réagir
. . . . . . . . . du
. . . . .fer
. . . . .avec
. . . . . . . de
. . . . .l’acide
. . . . . . . . . .chlorhydrique.
....................................
b. Le dihydrogène est-il un gaz combustible ? Justifie ta réponse.
Le
. . . . dihydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .un
. . . . gaz
. . . . . . combustible.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .En
. . . . effet,
. . . . . . . . .pour
. . . . . . . .le
. . . mettre
. . . . . . . . . . . en
. . . . .évidence,
. . . . . . . . . . . . . . on
. . . . .l’enflamme
. . . . . . . . . . . . . . . . . ;. . . . . . . .
il. . .brûle
. . . . . . . .avec
. . . . . . . une
. . . . . . .détonation.
......................................................................................................................
3 Analyse de la solution après la transformation chimique
5/ Tests
Line a fait réagir de l’acide chlorhydrique avec du fer.
Quand il n’y a plus d’effervescence, elle filtre la solution, puis
elle répartit le filtrat dans deux tubes à essai.
solution de nitrate d’argent
a. Elle réalise le test des ions chlorure sur le contenu d’un tube.
Décris et schématise ce test.
Elle
. . . . . .verse
. . . . . . . . une
. . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .nitrate
. . . . . . . . . . .d’argent
. . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . .tube.
..................
Un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .blanc
. . . . . . . . se
. . . .forme.
............................................................
précipité
blanc
b. Ensuite, elle verse de la soude dans l’autre tube.
• Décris ce qu’elle observe.
Un
. . . . .précipité
. . . . . . . . . . . . . .vert
. . . . . . se
. . . . forme.
..................................................................................................................
• Quels sont les ions mis en évidence ?
Les
. . . . . ions
. . . . . . . mis
. . . . . .en
. . . . .évidence
. . . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . les
. . . . .ions
. . . . . . .fer
. . . . .(II).
...................................................................................
• Écris leur formule : .Fe
. . .2+
. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6/ Réactifs et produits
On a fait réagir de l’acide chlorhydrique et du fer.
a. Pour cette transformation chimique, indique :
• les réactifs : .de
. . . . l’acide
. . . . . . . . . . chlorhydrique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . du
. . . . .fer
...............................................................................
• les produits : .du
. . . . dihydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . une
. . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .fer
. . . . .(II)
...............................................
b. Écris le bilan de la réaction.
fer
. . . . .+
. . .acide
. . . . . . . . chlorhydrique
.....................→
. . . . dihydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+
. . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . fer
. . . . . (II)
........................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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5. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer 23
Exercices d’application
1/ Caractérisation des produits de la réaction de l’acide chlorhydrique sur le fer
Jean fait réagir de l’acide chlorhydrique et de la paille de fer ; ensuite il réalise des tests pour identifier les produits de la transformation chimique.
Complète les légendes des schémas ci-après.
soude
...................................................
solution de nitrate d’argent
...................................................
précipité blanc
...................................................
précipité vert
...................................................
bulles de dihydrogène
.........................................
caractérisation
des ions chlorure
caractérisation
dihydrogène
du ..........................................................
caractérisation
fer (II)
des ions ....................................…...............
2/ Atomes et ions fer
a. Quelle est la formule de l’atome de fer ? .Fe
..............................................................................
2+
b. Quelle est la formule de l’ion fer (II) ? . .Fe
..................................................................................
c. Le métal est-il constitué d’ions fer (II) ou d’atomes de fer ?
Le
. . . . métal
. . . . . . . . . est
. . . . . constitué
. . . . . . . . . . . . . . .d’atomes
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . fer.
............................................................................................
d. Quels sont les ions contenus dans la solution de chlorure de fer (II) ?
La
. . . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . chlorure
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .fer
. . . . .(II)
. . . . .contient
. . . . . . . . . . . . .des
. . . . . ions
. . . . . . . chlorure
. . . . . . . . . . . . . et
. . . .des
. . . . . .ions
. . . . . . .fer
. . . . .(II).
..................................
3/ Préparation d’un gaz
François fait réagir du fer et de l’acide chlorhydrique à l’aide du dispositif ci-contre.
a. Quel gaz prépare-t-il ainsi ?
acide
........................
chlorhydrique
........................
Il. . .prépare
. . . . . . . . . . . .du
. . . . .dihydrogène.
...............................................
dihydrogène
......................
eau
...................................................................
b. Complète la légende du schéma.
c. Comment s’appelle cette technique de recueil
d’un gaz ?
fer
.............
Il. . .s’agit
. . . . . . . . du
. . . . .recueil
. . . . . . . . . . .d’un
. . . . . . .gaz
. . . . . . par
. . . . . .déplacement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’eau.
.............................................................................
d. Écris le bilan de la réaction chimique qui permet de produire ce gaz, en indiquant les réactifs et
les produits.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . fer
. . . . .+
. . .acide
. . . . . . . . .chlorhydrique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .➝
. . . .dihydrogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .+
. . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . fer
. . . . . (II)
......................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .réactifs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . produits
.........................................................
24 5. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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4/ Canettes de boisson en acier
L’intérieur des canettes de boisson et les boîtes de conserve en acier (l’acier est constitué essentiellement de fer) est recouvert d’un vernis. Pourquoi ? Que se passe-t-il lorsqu’une boisson acide est en
contact avec du fer non protégé ?
Une
. . . . . . .boisson
. . . . . . . . . . . .acide
. . . . . . . .réagit
. . . . . . . . . .avec
. . . . . . .le
. . . fer
. . . . . .et
. . . le
. . . .fer
. . . . .disparaît
. . . . . . . . . . . . . peu
. . . . . . .à
. . .peu.
. . . . . . .Il. . .se
. . . dégage
. . . . . . . . . . . . du
. . . . .dihydrogène
.........................
et
. . . .la
. . . boîte
. . . . . . . . .gonfle.
. . . . . . . . . . .Pour
. . . . . . . .éviter
. . . . . . . . .cet
. . . . . inconvénient,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .on
. . . . .isole
. . . . . . .le
. . . .fer
. . . . .de
. . . .la
. . . .boisson
...........à
. . .l’aide
. . . . . . . . .d’une
. . . . . . . . .couche
............
de
. . . . .vernis.
..........................................................................................................................................
5/ Origine d’une explosion
Une violente explosion est survenue dans un entrepôt de matériaux lorsqu’un employé a actionné
l’interrupteur du circuit électrique qui permet d’allumer la lumière. L’employé ne comprend pas et
dit : « Dans ce local, seuls des matériaux inoffensifs sont stockés : de l’acier, du cuivre, du zinc, du fer
et de l’aluminium. » Lors de l’enquête menée par un inspecteur, l’employé signale que plusieurs
bidons d’acide chlorhydrique, dans le local voisin de celui des matériaux en fer, étaient très mal
« calés » et risquaient de tomber et de se briser. Les inspecteurs exploitent pour l’instant cette piste.
L’employé s’exclame : « L’acide chlorhydrique n’est pas un liquide explosif ! »
Parmi les affirmations suivantes, quelle est celle qui explique l’origine de l’explosion ?
a. C’est le contact de l’électricité avec l’acide qui a provoqué l’explosion.
b. C’est l’électricité au contact des métaux qui a provoqué l’explosion.
c. L’acide a réagi avec certains métaux et cela a libéré un gaz inflammable qui a provoqué une
explosion à cause de l’étincelle produite par l’interrupteur.
d. L’acide a réagi avec les métaux et cela a provoqué une explosion.
e. L’acide a explosé avec une étincelle provoquée par l’interrupteur.
Affirmation
. . . . . . . . . . . . . . . . . .c.
.............................................................................................................................
6/ Calcul de la masse de fer
Lucas fait réagir complètement 5,6 g de fer avec de l’acide chlorhydrique. Il recueille 2,4 L de
dihydrogène. Le volume de dihydrogène produit est proportionnel à la masse de fer qui a réagi.
Lucas veut calculer la masse de fer qui doit réagir complètement pour obtenir 6 L de dihydrogène.
a. On appelle x la masse de fer cherchée. Complète le tableau
de proportionnalité entre le volume de dihydrogène et la
masse de fer.
b. Quelle est la valeur de x ?
x. . ⴛ
. . . .2,4
. . . . .=
. . .6. . ⴛ
. . . .5,6
. . . . .;. .d’où
. . . . . . . :. .x
. . .=. . 14
. . . . .g.
...........................................
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La photocopie non autorisée est un délit.
Volume de
dihydrogène (L)
Masse
de fer (g)
. . . . . . . . . .2,4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,6
.............
. . . . . . . . . . .6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .x
............
5. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer 25
6 Pile et énergie
Connaissances et capacités
• Réaliser la réaction entre une solution de sulfate de cuivre et du zinc.
• Interpréter l’échauffement provoqué par la réaction.
• Connaître l’origine de l’énergie électrique fournie par une pile.
Activités
1 Une transformation chimique qui libère de l’énergie thermique
1/ Étude d’une transformation chimique
Dans une solution de sulfate de cuivre, on verse de la poudre de zinc.
a. Quels sont les ions responsables de la couleur bleue de la solution de sulfate de cuivre ? Donne
leur formule chimique.
2+
Les
. . . . . ions
. . . . . . .cuivre
. . . . . . . . . .Cu
. . . . . . .sont
. . . . . . . responsables
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .coloration
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . solution.
........................................................
b. Pourquoi la solution de sulfate de cuivre, initialement bleue, se décolore-t-elle ?
La
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . .se
. . . .décolore
. . . . . . . . . . . . .car
. . . . . les
. . . . .ions
. . . . . . .cuivre
. . . . . . . . . disparaissent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .lors
. . . . . .de
. . . . .la
. . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique.
..........................
c. Quelle est la nature du dépôt rouge observé sur le zinc ?
Le
. . . .dépôt
. . . . . . . . . .rouge
. . . . . . . . . observé
. . . . . . . . . . . . sur
. . . . . .le
. . .zinc
. . . . . . .est
. . . . .un
. . . . .dépôt
. . . . . . . . .de
. . . . .métal
. . . . . . . . .cuivre.
. . . . . . . . . . C’est
. . . . . . . .l’un
. . . . . . .des
. . . . . produits
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
...........
transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique.
........................................................................................................................
d. L’ajout de quelques gouttes de soude dans la solution décolorée provoque l’apparition d’un
précipité blanc. Quels sont les ions mis en évidence par ce test ?
. . . . . . . . . . .de
. . . .soude
. . . . . . . . . .met
. . . . . . en
. . . . .évidence
. . . . . . . . . . . . . .la
. . .présence
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . ions
. . . . . . . zinc
. . . . . . .Zn
. . . 2+
. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
L’ajout
e. Pourquoi peut-on dire que cette expérience est une transformation chimique ?
2+
Lors
. . . . . . .de
. . . . cette
. . . . . . . . expérience,
. . . . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . cuivre
. . . . . . . . . .Cu
. . . . . . . et
. . . . le
. . . .métal
. . . . . . . . .zinc
. . . . . . .sont
. . . . . . .consommés.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . Il
. . .se
. . . .forme
. . . . . . . . . des
. . . . . . ions
.......
2+
zinc
. . . . . . .Zn
. . . . . . .et
. . . .du
. . . . métal
. . . . . . . . . .cuivre.
. . . . . . . . . .C’est
. . . . . . . .donc
. . . . . . . .une
. . . . . . transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique.
........................................................
2/ Variation de température
Léo relève la température d’une solution aqueuse de sulfate de cuivre.
Il introduit de la poudre de zinc dans cette solution, agite et relève à
nouveau la température. Il observe un dépôt rougeâtre sur le zinc.
a. Comment évolue la température de la solution ?
28 °C
thermomètre
.............................
La
. . . .température
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .sulfate
. . . . . . . . . . de
. . . . .cuivre
. . . . . . . . . augmente.
..................................
b. Légende le schéma.
c. D’où provient l’énergie thermique libérée lors de cette expérience ?
. . . . . . . . . . . . . .thermique
. . . . . . . . . . . . . . . .libérée
. . . . . . . . . . .lors
. . . . . .de
. . . . .cette
. . . . . . . .expérience
. . . . . . . . . . . . . . . . provient
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’énergie
.............
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .réactifs,
. . . . . . . . . . . .transférée
. . . . . . . . . . . . . . . .vers
. . . . . . l’extérieur
. . . . . . . . . . . . . . . .lors
. . . . . . de
. . . . .la
. . . transformation
.......................
chimique
dépôt
de cuivre
.............................
zinc
.............................
chimique.
...............................................................................................................................................
26 6. Pile et énergie
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
2 Une transformation chimique qui libère de l’énergie électrique
3/ Constitution d’une pile électrochimique
On plonge une lame de cuivre et une lame de zinc dans une solution de sulfate de cuivre. On
branche une D.E.L. aux bornes de ces deux électrodes, comme l’indique le schéma. La D.E.L. brille.
a. Pourquoi ce dispositif constitue-t-il une pile ?
V
Ce
. . . . dispositif
. . . . . . . . . . . . . .permet
. . . . . . . . . . . de
. . . . .produire
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . électrique
...............à
. . .partir
........
de
. . . . l’énergie
. . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .réactifs
. . . . . . . . . . . :. . il
. . .s’agit
. . . . . . . . .donc
. . . . . . . .d’une
. . . . . . . . .pile
...........
électrochimique.
...........................................................................................
b. Quel appareil permet de mesurer la tension électrique
aux bornes des deux électrodes ? Représente l’appareil sur le
schéma.
La
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .se
. . . .mesure
. . . . . . . . . . .avec
. . . . . . . un
. . . . .voltmètre
. . . . . . . . . . . . . . .branché
. . . . . . . . . . . . .aux
. . . . . .bornes
. . . . . . . . . . de
....
la
. . . pile.
........................................................................................
lame de
cuivre
lame de
zinc
solution
de sulfate
de cuivre
c. Grâce au schéma, détermine les signes des bornes de cette pile.
Représente le sens du courant dans le circuit.
La
. . . . D.E.L.
. . . . . . . . . brille,
. . . . . . . . . elle
. . . . . . .est
. . . . .donc
. . . . . . . .passante.
. . . . . . . . . . . . . .L’électrode
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .cuivre
. . . . . . . . . .est
. . . . .la
. . . borne
. . . . . . . . . .positive,
. . . . . . . . . . . . .l’électrode
. . . . . . . . . . . . . . . .de
.........
zinc
. . . . . . .est
. . . . .la
. . . borne
. . . . . . . . . .négative.
......................................................................................................................
d. Que se passe-t-il si on remplace le sulfate de cuivre par de l’eau distillée ?
L’eau
. . . . . . . . distillée
. . . . . . . . . . . . .ne
. . . .conduit
. . . . . . . . . . . .pas
. . . . . .le
. . . courant.
. . . . . . . . . . . . . La
. . . . .D.E.L.
. . . . . . . . .ne
. . . .brille
. . . . . . . . pas.
..........................................................
4/ Fonctionnement d’une pile électrochimique
a. Quelle est l’origine de l’énergie électrique délivrée par une pile électrochimique ?
. . . . . . . .la
. . . transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . . entre
. . . . . . . . .les
. . . . .réactifs
. . . . . . . . . . .qui
. . . . . .est
. . . . .à. . l’origine
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . .électrique
.........................
C’est
délivrée
. . . . . . . . . . . . par
. . . . . . la
. . . .pile.
.........................................................................................................................
b. Lorsqu’une pile fonctionne, sous quelle(s) forme(s) d’énergie
est transférée l’énergie des réactifs ?
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .réactifs
. . . . . . . . . . . est
. . . . . transférée
. . . . . . . . . . . . . . . .vers
. . . . . . .l’extérieur
..................
de
. . . . la
. . . .pile
. . . . . .sous
. . . . . . . forme
. . . . . . . . . .de
. . . . .chaleur
. . . . . . . . . . .(énergie
. . . . . . . . . . . . .thermique)
. . . . . . . . . . . . . . . . . et
. . . .sous
..........
forme
. . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . électrique.
...................................................................
c. Clara a réalisé ce schéma. Qu’a-t-elle voulu montrer ?
Clara
. . . . . . . .a
. . .voulu
. . . . . . . . .montrer
. . . . . . . . . . . . .qu’une
. . . . . . . . . . .pile
. . . . . .s’use
. . . . . . . .au
. . . . cours
. . . . . . . . .de
. . . . son
................
2+
fonctionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .:. .des
. . . . . .ions
. . . . . . .Cu
. . . . . . .disparaissent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ainsi
. . . . . . . .que
..................
du
. . . . .métal
. . . . . . . . .zinc
. . . . . . ;. .il
. . .se
. . . .forme
. . . . . . . . . un
. . . . .dépôt
. . . . . . . . . .du
. . . . métal
. . . . . . . . . .cuivre.
........................
5/ Différentes piles
Quelle est la différence de fonctionnement entre une pile saline 1,5 V et une pile alcaline 1,5 V ?
Une
. . . . . . .pile
. . . . . .alcaline
. . . . . . . . . . . .a
. . .une
. . . . . .durée
. . . . . . . . . .de
. . . .vie
. . . . .beaucoup
. . . . . . . . . . . . . . . plus
. . . . . . .longue.
....................................................................
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6. Pile et énergie 27
Exercices d’application
1/ Différents métaux dans la solution de sulfate de cuivre
On met du cuivre (tube A) et du zinc (tube B) dans une solution de sulfate de cuivre.
a. Dans quel tube va-t-on observer une élévation de la température ? Pourquoi ?
tube A
tube B
La
. . . .température
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . solution
. . . . . . . . . . . . .va
. . . .augmenter
. . . . . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . . tube
. . . . . . . .B
.......
car
. . . . .la
. . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . chimique
. . . . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . . la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .sulfate
................
de
. . . . cuivre
. . . . . . . . . .et
. . . .le
. . . zinc
. . . . . . .libère
. . . . . . . . .de
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . sous
. . . . . . . forme
. . . . . . . . . .de
. . . . .chaleur.
..............
...........................................................................................
b. Quels sont les réactifs de cette transformation chimique ?
Réalise un schéma annoté du tube à essai après la transformation chimique.
solution
de sulfate
de cuivre
cuivre
zinc
Les
. . . . . réactifs
. . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . .sont
. . . . . . .les
. . . . .ions
. . . . . . cuivre
...........
(contenus
. . . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . la
. . . .solution
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .sulfate
. . . . . . . . . . de
. . . . .cuivre)
. . . . . . . . . . et
. . . .le
. . . .métal
. . . . . . . . .zinc.
......
...........................................................................................
28 °C
...........................................................................................
c. Quelle est l’origine de l’énergie thermique produite ?
thermomètre
Les
. . . . . réactifs
. . . . . . . . . . . .possèdent
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . chimique.
. . . . . . . . . . . . . . . Lorsqu’ils
..........................
réagissent,
. . . . . . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .partie
. . . . . . . . . de
. . . . .cette
. . . . . . . .énergie
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .transférée
.............................
à. . l’extérieur
. . . . . . . . . . . . . . . . sous
. . . . . . . forme
. . . . . . . . . .de
. . . . .chaleur.
...................................................
...........................................................................................
dépôt de cuivre
zinc en poudre
2/ Identification
Grégoire prélève quelques millilitres de la solution obtenue après la réaction entre le zinc et
le sulfate de cuivre. Cette solution est incolore. Il verse dans le tube quelques gouttes de soude.
Il observe un précipité blanc.
a. Pourquoi la solution est-elle incolore après la réaction ?
Les
. . . . . ions
. . . . . . . cuivre
. . . . . . . . . .ont
. . . . . .disparu.
...................................................................................................................
b. Quel est l’ion mis en évidence par l’ajout de la soude ? Donne son nom et sa formule chimique.
. . . . . . . .mis
. . . . . en
. . . . .évidence
. . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’ion
. . . . . . .zinc
. . . . . . .:. .Zn
. . .2+
. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
L’ion
c. D’où provient l’ion mis en évidence par le test à la soude ?
. . . . . . . .zinc
. . . . . . Zn
. . . .2+
. . . .est
. . . . .l’un
. . . . . .des
. . . . . .produits
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . . .la
. . .solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . sulfate
.................
L’ion
. . . . .cuivre
. . . . . . . . .et
. . . .le
. . . .zinc.
.........................................................................................................................
de
28 6. Pile et énergie
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3/ Réalisation d’une pile électrochimique
Une lame de cuivre et une lame de zinc sont plongées dans une solution de sulfate de cuivre.
Un voltmètre est branché aux bornes de la pile. La borne COM est reliée à l’électrode de zinc.
Le voltmètre indique une tension de + 1 V.
a. Schématise et annote le montage après utilisation de la pile.
b. Représente le sens conventionnel du courant ainsi que le mouvement des électrons.
V
sens
conventionnel
du courant
électrode
de cuivre
+
–
électrode
de zinc
mouvements
des électrons
le zinc est
consommé
c. Quelle électrode constitue la borne positive de cette pile ? la borne négative ? Justifie.
Le
. . . . voltmètre
. . . . . . . . . . . . . . . indique
. . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .valeur
. . . . . . . . . .positive.
. . . . . . . . . . . . .La
. . . .borne
. . . . . . . . .V
. . . est
. . . . . donc
. . . . . . . . reliée
. . . . . . . . . au
. . . . .côté
. . . . . . .positif
. . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .pile.
..............
L’électrode
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . cuivre
. . . . . . . . . .constitue
. . . . . . . . . . . . . .la
. . . borne
. . . . . . . . . .positive
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .pile.
. . . . . . . L’électrode
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .zinc
. . . . . .constitue
. . . . . . . . . . . . . . la
. . . .borne
............
négative
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .pile.
.........................................................................................................................
d. Quelle tension obtiendrait-on en branchant deux piles en série ? Justifie.
Si
. . . on
. . . . .branche
. . . . . . . . . . . . .deux
. . . . . . . .piles
. . . . . . . en
. . . . .série,
. . . . . . . . leurs
. . . . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . .s’additionnent.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .On
. . . . .obtient
. . . . . . . . . . . .alors
. . . . . . . une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . de
........
deux
. . . . . . . .volts.
.......................................................................................................................................
4/ Fonctionnement d’une pile
Complète les phrases ci-dessous avec les mots de la liste suivante : thermique ; zinc ; consommés ;
pile électrochimique ; cuivre ; transformation chimique ; électrique ; transférée ; fonctionne.
a. En plongeant une lame de . . . . . . . . . . . . .zinc
. . . . . . . . . . . . . . . . . . et une lame de . . . . . . . . . . . .cuivre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . dans une
solution de sulfate de cuivre, on constitue une .pile
. . . . . . électrochimique
.........................
b. Lors de la
. . . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . chimique
.................,
l’énergie chimique des réactifs est
. . . . . . . transférée
....................
vers l’extérieur de la pile sous forme de chaleur (énergie . . . . . . . . . . . . . .thermique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) et d’énergie
. . . . .électrique
....................
c. Lorsque la pile . . . . . . . . . . .fonctionne
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , elle s’use car les réactifs sont . . . . . . . . . .consommés
..........................
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6. Pile et énergie 29
7
Synthèse d’espèces chimiques
Connaissances et capacités
• Savoir que la synthèse d’espèces chimiques déjà existantes dans la nature permet
d’en abaisser le coût et/ou la disponibilité.
• Savoir que la synthèse d’espèces chimiques n’existant pas dans la nature permet
d’améliorer les conditions de vie.
• Savoir que le nylon comme les matières plastiques sont constitués de macromolécules.
• Respecter le protocole de la synthèse de l’arôme de banane.
• Respecter le protocole permettant de réaliser la synthèse d’un nylon ou d’un savon.
Activités
1 Synthèse d’une espèce chimique naturelle
1/ Synthèse de l’arôme de banane
Julien introduit dans un tube à essai : 10 mL d’acide acétique, 10 mL d’alcool isoamylique et quelques
gouttes d’acide sulfurique concentré.
Attention : l’acide sulfurique concentré est dangereux à utiliser !
Il doit être manipulé par le professeur.
Il ferme le tube à essai avec un bouchon muni d’un long
tube en verre. (Ce dispositif sert de réfrigérant et permet
de liquéfier les vapeurs qui s’échappent du tube.)
Ensuite, il place le tube à essai dans un bain-marie, maintenu à 90 °C pendant 15 minutes.
a. Complète le schéma A en marquant les légendes :
réfrigérant à air ; mélange réactionnel ; eau à 90 °C ;
chauffe-ballon.
Après un quart d’heure de chauffage, Julien éteint le
chauffe-ballon et sort le tube du bécher. Il verse le
contenu du tube dans un verre à pied contenant de l’eau
très salée.
Il agite le mélange et le laisse décanter.
b. Complète le schéma B en marquant les légendes :
eau très salée ; arôme de banane ; verre à pied.
Julien plonge une bandelette de papier-filtre dans le
liquide qui surnage et sens son odeur.
A
réfrigérant à air
.....................................
mélange réactionnel
.....................................
eau à 90 °C
.....................................
chauffe-ballon
.....................................
B
verre à pied
..............................
c. Quelle odeur a le liquide qui surnage ?
Le
. . . .liquide
. . . . . . . . . . .qui
. . . . . .surnage
. . . . . . . . . . . .a
. . .une
. . . . . .odeur
. . . . . . . . . .de
. . . .banane.
...........................
d. Pourquoi peut-on dire qu’une transformation chimique
s’est produite ?
arôme de banane
..............................
eau très salée
..............................
On
. . . . .peut
. . . . . . . .dire
. . . . . . qu’une
. . . . . . . . . . . transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .chimique
. . . . . . . . . . . . . . s’est
................
produite
. . . . . . . . . . . . . car
. . . . . .un
. . . . produit
. . . . . . . . . . . .nouveau
. . . . . . . . . . . . . .s’est
. . . . . . .formé.
...........................
30 7. Synthèse d’espèces chimiques
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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2 Création d’une espèce chimique n’existant pas dans la nature : le nylon
2/ Synthèse du nylon
Attention : l’hexanediamine est un produit irritant !
Manipuler avec des gants et des lunettes de sécurité.
Zoé verse dans un bécher 10 mL de chlorure de sébaçoyle en solution
dans de l’heptane.
Elle ajoute lentement, le long d’un agitateur, 10 mL d’une solution
d’hexanediamine.
Puis elle tire, à l’aide de pinces, le voile qui se forme à la surface de
séparation des deux liquides et l’enroule autour d’une tige de verre.
A
hexanediamine
...........................………
a. Complète le schéma A avec les légendes :
hexanediamine ; chlorure de sébaçoyle.
b. Complète le schéma B avec les légendes :
tige de verre ; fil de nylon ; hexanediamine ; voile ; chlorure de
sébaçoyle.
c. Le chlorure de sébaçoyle et l’hexanediamine sont-ils miscibles ?
chlorure de sébaçoyle
.....................................
Le
. . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .sébaçoyle
. . . . . . . . . . . . . . et
. . . . l’hexanediamine
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ne
. . . . .sont
. . . . . . .pas
. . . . . .miscibles.
................
...................................................................................................
d. Où se forme le voile de nylon ?
B
tige de verre
..........................
Le
. . . .voile
. . . . . . . .de
. . . . nylon
. . . . . . . . . se
. . . . forme
. . . . . . . . . .à
. . .la
. . . surface
. . . . . . . . . . . .de
. . . .séparation
. . . . . . . . . . . . . . . . entre
. . . . . . . . .les
. . . . .deux
........
réactifs.
...................................................................................................
fil de nylon
..........................
e. Pourquoi peut-on dire qu’une transformation chimique s’est
produite dans le bécher ?
Une
. . . . . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . chimique
. . . . . . . . . . . . . . .s’est
. . . . . . .produite
. . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .le
. . . bécher
. . . . . . . . . . .car
. . . . . des
........
hexanediamine
..........................
réactifs
. . . . . . . . . . . disparaissent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .il. . se
. . . . forme
. . . . . . . . . .un
. . . . .produit
. . . . . . . . . . . nouveau.
................................
voile
..........................
...................................................................................................
chlorure de sébaçoyle
.....................................
Exercices d’application
1/ Complète les phrases
Complète les phrases suivantes à partir de la banque de mots : réactifs ; naturel ; de synthèse ;
banane ; produit.
L’acétate d’isoamyle préparé au laboratoire a une odeur de
. . . . . . . . . .banane
.....................
C’est un produit
. . . . . . .de
. . . . .synthèse
...................
L’acétate d’isoamyle contenu dans la banane est un produit
. . . . . . . . . . .naturel
....................
Dans la réaction de préparation de l’acétate d’isoamyle au laboratoire, l’acide acétique et l’alcool
isoamylique sont les
. . . . . . . . . . réactifs
....................
et l’acétate d’isoamyle est le
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
. . . . . . . . . .produit
.....................
7. Synthèse d’espèces chimiques 31
2/ Choisis la bonne réponse
a. Le nylon est une fibre naturelle / artificielle qui existe / n’existe pas dans la nature.
b. La préparation du nylon au laboratoire est une transformation physique / chimique car un réactif /
produit nouveau se forme.
c. Lors de la préparation du nylon, la réaction chimique se produit au fond du bécher / à la surface
de séparation entre les deux réactifs.
3/ Substances naturelles et de synthèse
a. Cite un exemple d’une substance existant dans la nature qui peut être synthétisée au laboratoire.
L’acétate
. . . . . . . . . . . . . .d’isoamyle
. . . . . . . . . . . . . . . .existe
. . . . . . . . .dans
. . . . . . . .la
. . . nature
. . . . . . . . . . .et
. . . .peut
. . . . . . . être
. . . . . . . synthétisé
. . . . . . . . . . . . . . . .au
. . . .laboratoire.
............................................
b. Cite un exemple de substance de synthèse qui n’existe pas dans la nature.
Le
. . . . nylon
. . . . . . . . . n’existe
. . . . . . . . . . . . pas
. . . . . .dans
. . . . . . . .la
. . .nature.
.....................................................................................................
4/ Décris la synthèse de l’arôme de banane
L’acétate d’isoamyle a un arôme de banane. On le prépare au laboratoire à partir d’acide acétique
et d’alcool isoamylique. La réaction produit aussi de l’eau.
a. Décris en quelques lignes le protocole expérimental.
On
. . . . . chauffe
. . . . . . . . . . . .au
. . . . bain-marie
. . . . . . . . . . . . . . . . .pendant
. . . . . . . . . . . . .15
. . . . minutes
. . . . . . . . . . . . .un
. . . .mélange
. . . . . . . . . . . . . .d’acide
. . . . . . . . . . .acétique
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .d’alcool
. . . . . . . . . . . .isoamylique
.................
dans
. . . . . . . .lequel
. . . . . . . . . .on
. . . .a
. . .rajouté
. . . . . . . . . . . quelques
. . . . . . . . . . . . . . gouttes
. . . . . . . . . . . . d’acide
. . . . . . . . . . . .sulfurique
. . . . . . . . . . . . . . .concentré.
. . . . . . . . . . . . . . . . Après
. . . . . . . . . refroidissement,
.............................
on
. . . . .verse
. . . . . . . .le
. . . .contenu
. . . . . . . . . . . . du
. . . . .tube
. . . . . . . .dans
. . . . . . . un
. . . . .verre
........à
. . .pied
. . . . . . . contenant
. . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’eau
. . . . . . . .très
. . . . . .salée.
....................................
On
. . . . . plonge
. . . . . . . . . . . une
. . . . . . .bandelette
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .papier
. . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .le
. . . liquide
. . . . . . . . . . . qui
. . . . . .surnage
. . . . . . . . . . . . pour
. . . . . . . . sentir
. . . . . . . . . l’arôme
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .banane.
...............
b. L’arôme ainsi obtenu est-il une substance naturelle ou une substance de synthèse ?
L’arôme
. . . . . . . . . . . . ainsi
. . . . . . . .obtenu
. . . . . . . . . . . est
. . . . . une
. . . . . . .substance
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . synthèse.
.................................................................................
c. Quels sont les réactifs nécessaires à sa préparation ?
. . . . . réactifs
. . . . . . . . . . . .nécessaires
. . . . . . . . . . . . . . . . .à. . sa
. . . .préparation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . l’acide
. . . . . . . . . . .acétique
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .l’alcool
. . . . . . . . . . .isoamylique.
.......................................
Les
d. Quels sont les produits de la réaction ?
. . . . . produits
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . réaction
. . . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . l’acétate
. . . . . . . . . . . . . .d’isoamyle
. . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .l’eau.
...............................................................
Les
5/ La synthèse chlorophyllienne
a. Explique ce qu’est la synthèse chlorophyllienne.
Le
. . . . jour,
. . . . . . . .sous
. . . . . . .l’action
. . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . lumière
. . . . . . . . . . . . du
. . . . .Soleil
. . . . . . . . .et
. . . .grâce
........à
. . .la
. . . .chlorophylle,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . les
. . . . .plantes
. . . . . . . . . . . .vertes
. . . . . . . . .absorbent
...............
le
. . . .dioxyde
. . . . . . . . . . . .de
. . . . carbone
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’air
. . . . . .et
. . . .rejettent
. . . . . . . . . . . . . .du
. . . . dioxygène.
.............................................................................
b. Le produit qui se dégage lors de cette transformation peut-il être considéré comme un produit
naturel ou un produit de synthèse ?
Le
. . . . dioxygène
. . . . . . . . . . . . . . . .qui
. . . . . .se
. . . .dégage
. . . . . . . . . . . lors
. . . . . . de
. . . . .cette
. . . . . . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .un
. . . . .produit
. . . . . . . . . . . .naturel.
......................................
32 7. Synthèse d’espèces chimiques
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
6/ Le dioxyde de carbone
L’air contient naturellement du dioxyde de carbone.
a. Cite deux exemples d’activités humaines qui dégagent du dioxyde de carbone.
Le
. . . . chauffage
. . . . . . . . . . . . . . . .domestique
. . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .la
. . .circulation
. . . . . . . . . . . . . . . .automobile
. . . . . . . . . . . . . . . . . .dégagent
. . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . dioxyde
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . carbone.
............................
b. Le dioxyde de carbone qui se dégage lors de ces activités peut-il être considéré comme un
produit naturel ou un produit de synthèse ?
Le
. . . . dioxyde
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .carbone
. . . . . . . . . . . . .qui
. . . . . se
. . . .dégage
. . . . . . . . . . . .lors
. . . . . .de
. . . . .ces
. . . . .activités
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . .un
. . . . produit
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .synthèse.
.................................
c. Est-il possible de distinguer le dioxyde de carbone naturel du dioxyde de carbone de synthèse ?
Non,
. . . . . . . .le
. . . dioxyde
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . carbone
. . . . . . . . . . . . .naturel
. . . . . . . . . . . et
. . . .le
. . . .dioxyde
. . . . . . . . . . . .de
. . . . carbone
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .synthèse
. . . . . . . . . . . . .sont
. . . . . . .identiques.
.............................
d. Quelle est la formule de la molécule de dioxyde de carbone ?
La
. . . . formule
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .molécule
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . dioxyde
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .carbone
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .CO
. . . .2. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e. Quelle est la principale conséquence de l’augmentation du taux de dioxyde de carbone dans l’air ?
La
. . . . principale
. . . . . . . . . . . . . . . conséquence
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’augmentation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . .taux
. . . . . . .de
. . . . dioxyde
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . carbone
. . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . l’air
.......................
est
. . . . .le
. . . .réchauffement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .climatique.
................................................................................................................
7/ La préparation du nylon
Le nylon peut être fabriqué au laboratoire à partir de deux réactifs : le chlorure de sébaçoyle et
l’hexanediamine.
a. Rappelle le protocole expérimental.
On
. . . . . verse
. . . . . . . . .délicatement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .solution
. . . . . . . . . . . . .d’hexanediamine
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .une
. . . . . . solution
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .chlorure
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . sébaçoyle.
................
b. Où se forme le voile de nylon ?
Le
. . . . voile
. . . . . . . .de
. . . . .nylon
. . . . . . . . .se
. . . forme
. . . . . . . . . .à
. . .la
. . . surface
. . . . . . . . . . . .de
. . . . séparation
. . . . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . . deux
. . . . . . . . liquides
. . . . . . . . . . . . non-miscibles.
........................................
8/ Les matières plastiques
Le polyéthylène (PE) et le polychlorure de vinyle (PVC) sont des matières plastiques.
a. Ces composés sont-ils des produits naturels ou des produits de synthèse ?
Ces
. . . . . .composés
. . . . . . . . . . . . . . .sont
. . . . . . .des
. . . . . .produits
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .synthèse.
............................................................................................
b. Cite quelques applications de ces produits.
Le
. . . . polyéthylène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .employé
. . . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .les
. . . . .emballages
. . . . . . . . . . . . . . . . .plastiques,
. . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .bouteilles,
. . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .tuyaux
. . . . . . . . . . d’eau,
...................
de
. . . . .gaz,
. . . . . . .etc.
...................................................................................................................................
Le
. . . . PVC
. . . . . . .est
. . . . .utilisé
. . . . . . . . . pour
. . . . . . . . fabriquer
. . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .vêtements,
. . . . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .tuyaux,
. . . . . . . . . . . .des
. . . . . accessoires
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . maison,
. . . . . . . . . . . . .etc.
................
c. Les molécules constituant ces produits comportent un très grand nombre d’atomes. Comment
les appelle-t-on ?
On
. . . . . appelle
. . . . . . . . . . . .ces
. . . . .molécules
. . . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .macromolécules.
....................................................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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7. Synthèse d’espèces chimiques 33
8 Production
de l’énergie électrique
Connaissances et capacités
• Savoir que l’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques.
• Savoir que l’énergie reçue par l’alternateur est convertie en énergie électrique.
• Faire la distinction entre les énergies renouvelables et les énergies non renouvelables.
• Réaliser un montage permettant d’allumer une lampe ou de faire tourner un moteur
à l’aide d’un alternateur.
Activités
1 Les centrales électriques hydrauliques et les éoliennes
1/ Un même élément pour produire de l’électricité
Quel élément, commun à toutes les centrales électriques, permet de convertir l’énergie mécanique
en énergie électrique ?
L’élément
. . . . . . . . . . . . . . .commun
.............à
. . .toutes
. . . . . . . . . .les
. . . . .centrales
. . . . . . . . . . . . . .électriques
. . . . . . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .convertit
. . . . . . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . mécanique
. . . . . . . . . . . . . . . . .en
. . . . .énergie
............
électrique
. . . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . l’alternateur.
...........................................................................................................................
2/ La centrale électrique hydraulique
Légende le schéma avec les termes de la liste suivante : canal de fuite ; turbine ; ligne à haute
tension ; transformateur ; lac de retenue ; conduite forcée ; barrage ; alternateur.
lac de retenue
ligne à haute tension
barrage
turbine
transformateur
alternateur
conduite forcée
canal de fuite
34 8. Production de l’énergie électrique
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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3/ Diagramme de conversion d’énergie
Complète, aves les termes de la liste suivante, les diagrammes de conversion d’énergie pour une centrale
électrique hydraulique et pour une éolienne : alternateur ; turbine ; barrage ; vent ; mécanique ;
électrique ; rotor.
Attention : certains termes sont à utiliser plusieurs fois.
a. Centrale électrique hydraulique
. . . . . . . alternateur
.......................
. . . . . . . .barrage
..................
source d’énergie
. . . . . . . . . . . .turbine
......................
. . . . . mécanique
.....................
convertisseur d’énergie
. . . . .mécanique
....................
énergie
électrique
en énergie
. . . . . .électrique
...................
b. Éolienne
. . . . . . . alternateur
.......................
. . . . . . . . . .vent
................
source d’énergie
. . . . . . . . . . . . . rotor
.....................
. . . . . mécanique
.....................
convertisseur d’énergie
. . . . .mécanique
....................
énergie
électrique
en énergie
. . . . . .électrique
...................
2 Les centrales thermiques
4/ Centrale à flamme et centrale nucléaire
Voici les deux schémas de centrales thermiques : une centrale à flamme (ci-dessous) et une centrale
nucléaire (p. 36).
a. Indique les points communs
entre une centrale thermique
à flamme et une centrale
nucléaire.
centrale à flamme
cheminée
alternateur
vapeur
d’eau
Dans
. . . . . . . .ces
. . . . .deux
. . . . . . . .types
. . . . . . . . .de
............
turbine
centrale
. . . . . . . . . . . . .: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–. . de
. . . . .l’eau
. . . . . . . .est
. . . . .chauffée
. . . . . . . . . . . . . .et
........
chaudière
transformée
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .en
. . . .vapeur
. . . . . . . . . . .;. . . . . . . .
brûleur
pompe
–. . la
. . . .vapeur
. . . . . . . . . . .entraîne
.........................
une
. . . . . . turbine
. . . . . . . . . . . .;. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–. . la
. . . .turbine
. . . . . . . . . . . entraîne
. . . . . . . . . . . . . .un
...........
alternateur
. . . . . . . . . . . . . . . . .qui
. . . . . .produit
...................
l’électricité.
..........................................
arrivée
d’air
arrivée de
combustible
(pétrole, gaz,
charbon)
eau
froide
eau
pompe
b. Dans ces deux centrales, comment sont entraînées les pales de la turbine ?
Les
. . . . . pales
. . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .turbine.sont
. . . . . . . . . . . . . . . . . . entraînées
. . . . . . . . . . . . . . . . .par
. . . . . un
. . . . .jet
. . . . .de
. . . . vapeur
. . . . . . . . . . . d’eau
. . . . . . . . . sous
. . . . . . . pression.
........................................
...............................................................................................................................................
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8. Production de l’énergie électrique 35
c. Quels sont les combustibles pouvant être utilisés
dans une centrale à flamme ?
centrale nucléaire
barres
de contrôle
Dans
. . . . . . . . une
. . . . . . .centrale
. . . . . . . . . . . .à
. . .flamme,
............
alternateur
le
. . . .combustible
. . . . . . . . . . . . . . . . . . peut
. . . . . . . .être
............
du
. . . . .pétrole,
. . . . . . . . . . . . du
. . . . .gaz
. . . . . .ou
..............
eau
générateur
de vapeur
d’eau
turbine
du
. . . . .charbon.
.....................................
d. Quel combustible utilise
le réacteur d’une centrale
nucléaire ?
L’uranium
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . . le
. . . .combustible
..................
pompe
réacteur
eau
froide
eau
d’une
. . . . . . . . .centrale
. . . . . . . . . . . . .nucléaire.
....................
pompe
..........................................
pompe
enceinte de confinement
..........................................
e. Pourquoi trouve-t-on, dans une centrale nucléaire, une enceinte de confinement ?
L’enceinte
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .confinement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . permet
. . . . . . . . . . . .d’éviter
. . . . . . . . . . . .la
. . . fuite
. . . . . . . .éventuelle
. . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .particules
. . . . . . . . . . . . . . .radioactives
.................................
dangereuses
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .pour
. . . . . . . .la
. . . santé.
.................................................................................................................
3 Environnement et développement durable
5/ Sources d’énergie
Relie, pour chaque centrale électrique, la source d’énergie qui est utilisée pour produire de
l’électricité.
centrale à flamme
•
•
uranium
éolienne
•
•
pétrole, gaz, charbon
centrale hydraulique •
•
vent
centrale nucléaire
•
centrale marémotrice •
• eau des lacs de montagne
•
eau de mer
6/ Énergie renouvelable
Voici la définition des énergies renouvelables :
Les énergies renouvelables proviennent de sources inépuisables ou renouvelables à l’échelle de la
vie humaine si la ressource est bien gérée.
Indique si les sources d’énergie suivantes sont renouvelables ou non.
charbon : .non
. . . . . . renouvelable
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soleil : renouvelable
.............................................................
uranium : .non
. . . . . . renouvelable
...............................................
vent : .renouvelable
..............................................................
marée : .renouvelable
........................................................
bois : .renouvelable
..............................................................
gaz : .non
. . . . . . renouvelable
......................................................
géothermie : .renouvelable
...................................................
pétrole : .non
. . . . . . renouvelable
..................................................
36 8. Production de l’énergie électrique
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
Exercices d’application
1/ Groupe électrogène
Un groupe électrogène est constitué d’un moteur thermique qui consomme de l’essence et qui
entraîne un alternateur.
a. Quelle sorte d’énergie est mise en jeu lors de la combustion de l’essence ?
La
. . . . combustion
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’essence
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .une
. . . . . . .transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . chimique
. . . . . . . . . . . . . . .; . elle
. . . . . . met
. . . . . . .en
. . . . .jeu
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . .chimique
................
des
. . . . . .réactifs.
.........................................................................................................................................
b. Complète le diagramme ci-dessous pour montrer les trois sortes d’énergie qui interviennent
successivement dans le fonctionnement d’un groupe électrogène.
énergie
. . . . . . . chimique
....................
énergie
. . . . . .mécanique
.....................
énergie
. . . . . . .électrique
....................
2/ Quelles sont les énergies renouvelables ?
Associe à chaque définition une énergie renouvelable.
l’énergie de la biomasse •
l’énergie éolienne
•
l’énergie hydraulique
•
l’énergie géothermique •
l’énergie solaire
•
•
l’énergie mécanique des chutes d’eau
utilisée dans les centrales hydrauliques
•
l’énergie provenant des nappes d’eau
souterraines, dans les régions volcaniques
•
l’énergie du rayonnement solaire
•
l’énergie mécanique du vent
•
l’énergie que l’on peut extraire
des végétaux (bois, plantes)
3/ Production française d’électricité
En 2006, la France a produit 548,9 TWh
nucléaire
d’énergie électrique. Le TWh (térawatt-heure) est l’unité utilisée par EDF
pour son énergie ; 1 TWh = 1012 Wh.
428,7 TWh
La production se répartit comme suit :
thermique
classique
hydraulique
éolien et
photovoltaïque
57,1 TWh
60,9 TWh
2,2 TWh
a. Traduis la production d’électricité nucléaire en pourcentage de la production totale.
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .nucléaire
. . . . . . . . . . . . . . représente
. . . . . . . . . . . . . . . . .428,7
. . . . . . . . TWh
. . . . . . . .sur
. . . . . les
. . . . .548,9
. . . . . . . . .TWh
. . . . . . . du
. . . . .total,
. . . . . . . . .soit
. . . . . .en
. . . . pourcentage
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .:. . . . . . . . . . . .
428,7 ⴛ 100 = 78,1 ; soit environ 78,1 %.
...............................................................................................................................................
548,9
b. Complète le tableau suivant.
Origine de
l’électricité
Production
(TWh)
Pourcentage
(%)
nucléaire
thermique
classique
hydraulique
éolien et
photovoltaïque
428,7
57,1
60,9
2,2
. . . . . . . 78,1
............
. . . . . . .10,4
............
. . . . . . .11,1
............
. . . . . . . .0,4
...........
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
8. Production de l’énergie électrique 37
9 Tension continue
et tension variable
Connaissances et capacités
•
•
•
•
Connaître la nature de la tension délivrée par un alternateur.
Distinguer tension continue et tension variable au cours du temps.
Identifier une tension périodique et mesurer sa période.
Produire une tension par déplacement relatif d’un aimant et d’une bobine.
Activités
1 La tension délivrée par un alternateur
1/ Tension continue, tension variable
On dispose :
– d’un alternateur de bicyclette dont on peut faire tourner le galet
grâce à une roue à manivelle ;
– d’une pile plate ;
– d’un multimètre utilisé sur la fonction voltmètre réglé en mode
continu.
On branche les bornes de la pile plate aux bornes d’entrée V et
COM du multimètre.
a. La valeur affichée par le voltmètre reste-t-elle la même
durant l’observation ?
Durant
. . . . . . . . . . .l’observation,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .la
. . .valeur
. . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .tension
. . . . . . . . . . . .aux
. . . . . .bornes
. . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .pile
. . . . . .reste
. . . . . . . .constante.
.......................................
b. Comment qualifie-t-on une tension qui conserve une valeur constante ?
Une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . qui
. . . . . .conserve
. . . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .valeur
. . . . . . . . . .constante
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .qualifiée
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .continue.
.......................................
On branche les bornes de l’alternateur aux bornes V et COM du multimètre.
c. Quelle est la valeur affichée par l’appareil lorsqu’on ne fait pas tourner le galet de l’alternateur ?
Lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . . ne
. . . . .fait
. . . . . .pas
. . . . . tourner
. . . . . . . . . . . . le
. . . .galet
. . . . . . . . de
. . . . .l’alternateur,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .nulle.
...........................................
d. La valeur affichée par le voltmètre reste-t-elle la même lorsqu’on fait tourner le galet de
l’alternateur ? Change-t-elle de signe au cours du temps ?
Lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . . fait
. . . . . .tourner
. . . . . . . . . . . .le
. . . .galet,
. . . . . . . . .la
. . . tension
. . . . . . . . . . . .aux
. . . . . .bornes
. . . . . . . . . . .de
. . . . l’alternateur
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . change
. . . . . . . . . . . .de
. . . . valeur
. . . . . . . . . . au
. . . . .cours
...........
du
. . . . .temps.
. . . . . . . . . . Elle
. . . . . . prend
. . . . . . . . . .alternativement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .positives
. . . . . . . . . . . . . et
. . . .négatives.
......................................................
e. Comment qualifie-t-on une tension qui change de valeur au cours du temps ?
Une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . qui
. . . . . .change
. . . . . . . . . . . de
. . . . .valeur
. . . . . . . . . .au
. . . . cours
. . . . . . . . .du
. . . . .temps
. . . . . . . . . est
. . . . . qualifiée
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .tension
. . . . . . . . . . . variable.
...............................
...............................................................................................................................................
f. Comment qualifie-t-on une tension qui prend, alternativement, des valeurs positives et négatives ?
Une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . qui
. . . . . .prend
. . . . . . . . . .au
. . . .cours
. . . . . . . . .du
. . . . temps
. . . . . . . . . .des
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .alternativement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .positives
. . . . . . . . . . . . . et
. . . . négatives
. . . . . . . . . . . . . . .est
.........
qualifiée
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .alternative.
.................................................................................................................
38 9. Tension continue et tension variable
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
2 Production d’une tension alternative
2/ Mouvement d’un aimant devant une bobine
Le montage ci-contre est réalisé à l’aide d’un aimant, d’une
bobine de fil métallique et d’un multimètre. On réalise un
mouvement de va-et-vient de l’aimant devant une face de
la bobine fixe.
aimant
bobine de fil
de cuivre
a. Comment évolue au cours du temps la tension aux bornes de
la bobine ?
Lorsque
. . . . . . . . . . . . l’aimant
. . . . . . . . . . . . .effectue
. . . . . . . . . . . . un
. . . . .mouvement
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . va-et-vient
. . . . . . . . . . . . . . . . devant
. . . . . . . . . . .une
. . . . . . face
. . . . . . . de
. . . . .la
. . .bobine
. . . . . . . . . . .fixe,
. . . . . . .la
. . . tension
..........
aux
. . . . . . bornes
. . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .bobine
. . . . . . . . . . . varie
. . . . . . . . et
. . . .est
. . . . . alternativement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . positive
. . . . . . . . . . . . et
. . . . négative.
..................................................
...............................................................................................................................................
b. Comment est qualifiée cette tension ?
La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .aux
. . . . . .bornes
. . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .bobine
. . . . . . . . . . .est
. . . . .alors
. . . . . . . .variable
. . . . . . . . . . . . et
. . . . alternative.
..............................................................
...............................................................................................................................................
c. Quels sont les éléments constitutifs d’un alternateur ?
Un
. . . . . alternateur
. . . . . . . . . . . . . . . . . .possède
. . . . . . . . . . . .toujours
. . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .bobines
. . . . . . . . . . . .et
. . . .des
. . . . . .aimants
. . . . . . . . . . . .(ou
. . . . . .électroaimants).
.................................................
...............................................................................................................................................
d. Quel est son principe de fonctionnement ?
Le
. . . . .déplacement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .aimants
. . . . . . . . . . . . ou
. . . . .électroaimants
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . devant
. . . . . . . . . . .une
. . . . . . .bobine
. . . . . . . . . . .crée
. . . . . . .une
. . . . . .tension
. . . . . . . . . . . .électrique
....................
aux
. . . . . . bornes
. . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . . bobine.
......................................................................................................................
...............................................................................................................................................
3 Représenter une tension alternative périodique
3/ Tension sinusoïdale
Un générateur GTBF fournit entre ses bornes une tension variable
alternative.
Pour étudier l’évolution de cette tension au cours du temps, un élève
branche un voltmètre aux bornes du GTBF et, à l’aide d’un chronomètre, relève la valeur de la tension toutes les 10 s.
Il remplit le tableau ci-dessous.
t (s)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
U (V)
0
2,6
4,3
4,2
2,5
0
– 2,5
– 4,4
– 4,3
– 2,6
0
t (s)
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
U (V)
2,5
4,3
4,2
2,6
0
– 2,4
– 4,3
– 4,4
– 2,6
0
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
9. Tension continue et tension variable 39
a. Représente graphiquement les variations de la tension U en fonction du temps t.
U (V)
4
2
0
100
20
200
t (s)
–2
–4
b. Sur la courbe obtenue, on distingue deux motifs identiques. La durée d’un motif est appelée
la période et notée T. Quelle est la durée d’un motif ? Quelle est la période T ?
La
. . . . durée
. . . . . . . . . .d’un
. . . . . . .motif
. . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . .100
. . . . . .s.
. . .La
. . . .période
. . . . . . . . . . . .vaut
. . . . . . . :. .T
. . .=. . .100
. . . . . .s.
.........................................................
c. Une grandeur périodique reprend la même valeur, en variant dans le même sens, à intervalles
de temps consécutifs égaux à la période T.
• À quelle date la tension U prend-elle la valeur de 1 V tout en diminuant ? Combien de temps plus
tard la tension U reprend-elle cette même valeur de 1 V tout en diminuant ?
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .U
. . .vaut
. . . . . . .1
. . .V
. . .en
. . . . .diminuant
...............à
. . .l’instant
. . . . . . . . . . . . .46
. . . .s.
. . .La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .U
. . .reprend
. . . . . . . . . . . . .la
. . .valeur
. . . . . . . . . .de
. . . . .1. . V
................
La
en
. . . . .diminuant
...............à
. . .l’instant
. . . . . . . . . . . . .146
. . . . . .s,
. . .soit
. . . . . .100
. . . . . .s. . plus
. . . . . . .tard.
.............................................................................
• D’après la définition, la tension U est-elle périodique ?
La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .U
. . .est
. . . . .périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .:. .elle
. . . . . .reprend
. . . . . . . . . . . . la
. . . .même
. . . . . . . . . .valeur
. . . . . . . . . (en
. . . . . .variant
. . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . . même
. . . . . . . . . . sens)
.....................
à. . .intervalles
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .temps
. . . . . . . . . .consécutifs
. . . . . . . . . . . . . . . . égaux
. . . . . . . . . .à
. . .la
. . . période
. . . . . . . . . . . . T.
..................................................................
d. Détermine la valeur maximale de cette tension. Compare-la à la valeur minimale.
La
. . . . valeur
. . . . . . . . . .maximale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .cette
. . . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . est
. . . . . de
. . . . .4,4
. . . . .V.
. . . .Sa
. . . .valeur
. . . . . . . . . .minimale,
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .–. .4,4
. . . . . V,
. . . .est
. . . . .égale
.....................
à. . .l’opposé
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .valeur
. . . . . . . . . .maximale.
.............................................................................................................
Exercices d’application
1/ Désigner différentes tensions
En puisant parmi les mots de la « banque de données » suivante, complète les phrases proposées.
Banque de données (attention, certains mots sont inutiles) : variable ; périodique ; opposé ; continue ;
courant ; sinusoïdale ; varie ; alternative ; durable ; alternativement ; motifs ; période ; sens.
a. La tension aux bornes d’une pile ne
. . . . . . . . variable
.....................
On dit qu’elle est
. . . . . . . . . .varie
..................
pas au cours du temps. Elle n’est pas
. . . . . . . .continue
.....................
b. La tension aux bornes d’un alternateur . . . . . . . . . .varie
. . . . . . . . . . . . . . . . . . au cours du temps. On dit qu’elle est
. . . . . . . . .variable
....................
qu’elle est
Elle prend,
. . . . . .alternativement
.............................,
des valeurs positives et négatives. On dit
. . . . . . .alternative
......................
40 9. Tension continue et tension variable
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
c. La tension aux bornes d’un GTBF est . . . . . .variable
. . . . . . . . . . . . . . . . . et . . . . .alternative
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La courbe représentant
les variations de cette tension présente des
. . . . . . . . . motifs
...................
identiques qui se succèdent à inter-
valles de temps égaux à la . . . . . . .période
. . . . . . . . . . . . . . . . . T. La tension aux bornes d’un GTBF est . . . . . périodique
.....................
Elle reprend la même valeur (en variant dans le même . . . . . . . . . . . . sens
. . . . . . . . . . . . . . . . ) après une durée égale à
la
. . . . . . . . . .période
..................
T. On dit qu’elle est
. . . . . . . périodique
......................
d. Une tension alternative périodique dont la courbe représentative forme des vagues régulières
est dite .sinusoïdale
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La valeur maximale d’une tension sinusoïdale est égale à l’. . . . . . . . opposé
..................
de sa valeur minimale.
2/ Identifier différentes tensions
U (V)
U (V)
U (V)
0
0
10 20 30
0
t (ms)
A
4
B
U (V)
0
2
t (ms)
C
U (V)
60
U (V)
0
t (ms)
t (ms)
0
3
D
6
t (ms)
E
6
t (ms)
F
a. Parmi les graphiques ci-dessus, lesquels représentent :
• une tension continue ?
Le
. . . . graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .B
. . . représente
. . . . . . . . . . . . . . . . .une
. . . . . .tension
. . . . . . . . . . . .continue
. . . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .conserve
. . . . . . . . . . . . . la
. . . .même
. . . . . . . . . .valeur
. . . . . . . . . .au
. . . . cours
. . . . . . . . .du
. . . . temps.
............
...............................................................................................................................................
• une tension variable ?
. . . . . .graphiques
. . . . . . . . . . . . . . . . .A,
. . . .C,
. . . .D,
. . . .E. . et
. . . .F
. . .représentent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . .variables
. . . . . . . . . . . . . dont
. . . . . . . .les
. . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .changent
........................
Les
au
. . . . .cours
. . . . . . . . du
. . . . .temps.
.............................................................................................................................
• une tension alternative ?
. . . . . .graphiques
. . . . . . . . . . . . . . . . .C
. . .et
...D
. . . .représentent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . .alternatives
. . . . . . . . . . . . . . . . . .qui
. . . . .prennent,
. . . . . . . . . . . . . . . alternativement,
..................................
Les
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .positives
. . . . . . . . . . . . . et
. . . . négatives.
.............................................................................................................
des
• une tension périodique ?
. . . . . .graphiques
. . . . . . . . . . . . . . . . .A,
. . . .C,
. . . .D
. . .et
. . . .E. . représentent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . tensions
. . . . . . . . . . . . . périodiques
. . . . . . . . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .reprennent
. . . . . . . . . . . . . . . . .la
. . . .même
. . . . . . . . . .valeur
..........
Les
. . . . . .variant
. . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . .même
. . . . . . . . . .sens)
. . . . . . . .au
. . . . .bout
. . . . . . . d’une
. . . . . . . . . .durée
. . . . . . . . .égale
. . . . . . . . .à. . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .T.
.......................................
(en
• une tension sinusoïdale ?
Le
. . . . graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .D
. . . .représente
. . . . . . . . . . . . . . . .une
. . . . . . tension
. . . . . . . . . . . .sinusoïdale
. . . . . . . . . . . . . . . . .:. .elle
. . . . . .est
. . . . .alternative,
. . . . . . . . . . . . . . . . . périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .la
. . . .courbe
.............
forme
. . . . . . . . . .des
. . . . . .vagues
. . . . . . . . . . .régulières.
....................................................................................................................
b. Détermine la période des tensions périodiques.
Pour
. . . . . . . .le
. . . graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .A
. . . .: . T
. . .=
. . .10
. . . .ms
. . . . .;. .pour
. . . . . . . .le
. . . graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .C
. . .:. .T. . =
. . .4
. . .ms
. . . . .;. .pour
. . . . . . . le
. . . .graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .D
. . .:. .T. . =
. . . 30
. . . . .ms
. . . . .;
pour
. . . . . . . .le
. . . .graphique
. . . . . . . . . . . . . . . .E. .:. .T
. . .=. . 3
. . .ms.
.......................................................................................................
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9. Tension continue et tension variable 41
3/ Exploiter un graphique
Un groupe d’élèves a étudié les variations de la tension
aux bornes d’un GTBF et a obtenu le graphique ci-contre.
a. Pourquoi ces élèves peuvent-ils affirmer :
• que la tension est alternative ?
La
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .alternative
. . . . . . . . . . . . . . . . car
. . . . . .elle
. . . . . .prend
. . . . . . . . . alternativement
..........................
des
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .positives
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .des
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .négatives.
.................................
• que la tension est périodique ?
6
5
4
3
2
1
0
–1
–2
–3
–4
–5
–6
U (V)
100
10 20 30 40
50 60 70 80 90
t (s)
La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . .elle
. . . . . . reprend
. . . . . . . . . . . . .la
. . . même
. . . . . . . . . .valeur
. . . . . . . . . .(en
. . . . . .variant
. . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . le
. . . .même
. . . . . . . . . .sens)
. . . . . . . .au
. . . . bout
........
d’une
. . . . . . . . . durée
. . . . . . . . . .égale
. . . . . . . . .à. . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .T.
.................................................................................................
• que la tension est alternative sinusoïdale ?
La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .alternative
. . . . . . . . . . . . . . . . .sinusoïdale
. . . . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . .sa
. . . .courbe
. . . . . . . . . . .forme
. . . . . . . . . des
. . . . . .vagues
. . . . . . . . . . .consécutives
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .régulières.
.......................
...............................................................................................................................................
b. Quelles sont :
• la période de cette tension ? .La
. . . .période
. . . . . . . . . . . .de
. . . . cette
. . . . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . vaut
. . . . . . . .T. .=
. . .50
. . . . s.
.........................................
• la valeur maximale de cette tension ? .La
. . . . valeur
. . . . . . . . . .maximale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .cette
. . . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . est
. . . . .U
. . .max
. . . . .=
. . .6. . V.
...............
4/ Analyser un graphique
Jules a représenté graphiquement les variations
d’une tension en fonction du temps.
a. Cette tension est-elle continue, alternative,
périodique, sinusoïdale ?
Justifie tes réponses.
Cette
. . . . . . . . tension
. . . . . . . . . . . .n’est
. . . . . . . .pas
. . . . . continue,
. . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . . sa
. . . .valeur
...........
2
1,4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
–2
change
. . . . . . . . . . .au
. . . . .cours
. . . . . . . .du
. . . . .temps.
.......................................
Elle
. . . . . .est
. . . . .alternative,
. . . . . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . .elle
. . . . . .prend
. . . . . . . . . .alternativement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . valeurs
. . . . . . . . . . . .positives
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .des
. . . . . valeurs
. . . . . . . . . . . .négatives.
..................
Elle
. . . . . .est
. . . . .périodique,
. . . . . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . .elle
. . . . . .reprend
. . . . . . . . . . . . .la
. . .même
. . . . . . . . . .valeur
. . . . . . . . . .(en
. . . . . variant
. . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . le
. . . .même
. . . . . . . . . .sens)
. . . . . . . .au
. . . .bout
.................
d’une
. . . . . . . . . durée
. . . . . . . . . .égale
........à
. . .la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .T.
. . . Elle
. . . . . . est
. . . . . sinusoïdale,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . car
. . . . . la
. . . .courbe
. . . . . . . . . . .forme
. . . . . . . . . .des
. . . . . vagues
. . . . . . . . . . . consécutives
...................
régulières.
...............................................................................................................................................
b. Le graphique réalisé par Jules est incomplet : des indications essentielles n’y figurent pas.
Lesquelles ?
Jules
. . . . . . . .n’a
. . . . . pas
. . . . . .indiqué
. . . . . . . . . . . .sur
. . . . . les
. . . . .axes
. . . . . . .les
. . . . .grandeurs
. . . . . . . . . . . . . . . représentés
. . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .leurs
. . . . . . . .unités.
.............................................
c. Combien de motifs identiques et consécutifs comporte ce graphique ?
Sur
. . . . . .le
. . .graphique,
. . . . . . . . . . . . . . . . .on
. . . . .observe
. . . . . . . . . . . .six
. . . . motifs
. . . . . . . . . . consécutifs
. . . . . . . . . . . . . . . . .identiques.
.....................................................................
d. Quelles sont :
• la période de cette tension, si les durées correspondent à des millisecondes ?
On
. . . . . observe
. . . . . . . . . . . . sur
. . . . . .la
. . .courbe
. . . . . . . . . . .que
. . . . . . .quatre
. . . . . . . . . .motifs
. . . . . . . . . .consécutifs
. . . . . . . . . . . . . . . . .correspondent
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .à. . une
. . . . . . .durée
. . . . . . . . . de
. . . . .1. . ms.
...............
1
La
. . . . durée
. . . . . . . . . .d’un
. . . . . . .motif,
. . . . . . . . . .égale
. . . . . . . . .à. . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .T,
. . . vaut
. . . . . . . .donc
. . . . . . . .:. .T. . =
. . . . . . .=
. . .0,25
. . . . . . .ms.
.............................................
4
• la valeur maximale de cette tension si les tensions indiquées correspondent à des millivolts ?
La
. . . . valeur
. . . . . . . . . .maximale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .cette
. . . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . est
. . . . . :. .U
. . max
. . . . . .=
. . .2. . mV.
......................................................................
42 9. Tension continue et tension variable
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
10 Tension alternative périodique
Connaissances et capacités
•
•
•
•
•
Reconnaître une tension alternative périodique.
Mesurer sur un oscilloscope la valeur maximale et la période d’une tension alternative.
Connaître la définition de la fréquence d’une tension périodique et son unité.
Mesurer la valeur efficace d’une tension.
Connaître les caractéristiques de la tension du secteur.
Activités
1 Acquisition, puis enregistrement d’une tension à l’ordinateur
1/ Description de tensions
Sur l’écran d’un ordinateur, différentes tensions ont été enregistrées grâce à une interface
d’acquisition.
A
B
C
D
T
T
T
T
0
0
0
0
Tension en « dents de scie »
Tension « triangle »
Tension en « carrée »
Tension sinusoïdale
a. Indique, pour chaque tension, si elle est périodique et si elle est alternative.
La tension en « dent de scie » est : . périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .non
. . . . . . .alternative.
................................................................
La tension « triangle » est : .périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . non
. . . . . . .alternative.
...........................................................................
La tension « carrée » est : .périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .non
. . . . . . alternative.
..............................................................................
La tension sinusoïdale est : .périodique
. . . . . . . . . . . . . . . . et
. . . . alternative.
...................................................................................
b. Pour chaque tension périodique, représente sa période sur l’enregistrement.
2 Visualisation d’une tension périodique avec un oscilloscope
2/ Période et fréquence
a. Détermine la fréquence d’une tension sinusoïdale de période 10 µs.
La
. . . . fréquence
. . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’inverse
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .exprimée
. . . . . . . . . . . . . . en
. . . . .seconde
. . . . . . . . . . . . :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
–6
–5
5
T. . .=. . 10
. . . . .ⴛ
. . .10
. . . . . . .s. .=
. . .10
. . . . . . .s. .;. . .f. .=
. . . . . . . . . . .=
. . .10
. . . . . Hz.
.....................................................................................
10–5
1
1
b. Quelle est la période d’une tension de fréquence 60 Hz ? . .T. . .=. . . . . . . =
. . . . . . . . .=. . 0,017
. . . . . . . . .s.
........................
f
60
c. Quelle est la période d’une tension de fréquence 23 kHz ?
1
3
–5
f. .=. . .23
. . . .ⴛ
. . . .10
. . . . . Hz
. . . . .=
. . .23
. . . . 000
. . . . . . Hz
. . . . .;. .T. . .=. . . . . . . . . . . . . . .=. . 4,3
. . . . . .ⴛ
. . .10
. . . . . . .s. .=
. . .43
. . . .µs.
.......................................................
23 000
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
10. Tension alternative périodique 43
3/ Caractéristiques d’une tension sinusoïdale
Sur l’écran d’un oscilloscope, on observe la tension ci-contre.
La sensibilité verticale est S = 5 V/div. La durée de balayage
est D = 5 ms/div.
a. Quelle est la valeur de Ymax ? .Y. .max
. . . . .=
. . .3
. . .divisions.
...........................
b. Quelle est alors la valeur maximale Umax de la tension ?
. . . . .=
. . .S
. . .•. Y
. . . . . . . .;. .soit
. . . . . .:. .U
. . . . . . .=
. . .ⴛ
. . .3
. . .=. . .15
. . . .;. .U
. . . . . . .=
. . . . .V.
.............
U. .max
max
max . . .5
max . . .15
c. Quel est le nombre X de divisions qui représentent la
période ? . X
. . .=
. . .5
. . .divisions.
................................................................
d. Quelle est la valeur de la période T en ms ?
. . . •. .X.
. . . .Donc
. . . . . . . . :. .T
. . .=. . .5. .ⴛ
...5
. . .=
. . .25
. . . . ms.
..................................................................................................
T. . .=. . D
e. Quelle est la valeur de la période en s ? .T. . =
. . .25
....ⴛ
. . . .10
. . .–3
. . . .s. .=. . 0,025
. . . . . . . . .s.
...............................................
f. Quelle est la valeur de la fréquence ?
1
1
f. .=. . . . . . . .;. .f. .=. . . . . . . . . . . . =
. . . 40
. . . . .Hz.
.............................................................................................................
T
0,025
4/ Utilisation d’un oscilloscope
Les boutons de réglage d’un
V 0,5 0,2 0,1
oscilloscope sont représentés
50
1
ci-contre. Les sensibilités sont
2
20
indiquées par le nombre dans
5
10
le carré blanc. Avec ces
10
5
20
réglages, on obtient sur l’écran
mV
de l’oscilloscope la courbe de
bouton de sensibilité
tension ci-contre.
verticale
ms
0,5
1
0,2
0,1
2
5
50
10
20
20
50
10
s
bouton de sensibilité
horizontale
a. Quelle est la valeur de la sensibilité verticale S ?
La
. . . . sensibilité
. . . . . . . . . . . . . . . verticale
. . . . . . . . . . . . . .S. .est
. . . . .de
. . . . .1. . V/div.
................................................................................................
b. Quelle est la valeur de la sensibilité horizontale (ou durée de balayage) D ?
La
. . . . sensibilité
. . . . . . . . . . . . . . . horizontale
. . . . . . . . . . . . . . . . . .D
. . . est
. . . . . de
. . . . .10
. . . . ms/div.
.........................................................................................
c. Quelle est la valeur maximale de la tension étudiée ?
U
. . max
. . . . . .=. . .S. .•. .Y
. .max
. . . . .. .Or
. . . . .Y
. .max
. . . . .=
. . .3
. . .divisions,
. . . . . . . . . . . . . .donc
. . . . . . . .:. U
. . .max
. . . . .=
. . .1
. . .ⴛ
. . .3. . .=. . 3
. . .V.
......................................................
d. Quelle est la période de cette tension ?
T. . .=. . D
. . . .•. X.
. . . . Or
. . . . .:. .X
. . .=. . 5
. . .divisions
. . . . . . . . . . . . . ;. .d’où
. . . . . . . .: . T
. . .=
. . .10
. . . .ⴛ
...5
. . .=
. . .50
. . . . ms.
...................................................................
e. Calcule la fréquence.
1
1
–3
f. .=. . . . . . . .;. .avec
. . . . . . .T. . .=. . 50
. . . . .ⴛ
. . .10
. . . . . . .s. .=
. . .0,05
. . . . . . .s. .,. .d’où
. . . . . . .f. . =
. . . . . . . . . . .=
. . .20
. . . . Hz.
.............................................................
T
0,05
5/ La tension du secteur
La tension du secteur a une fréquence de 50 Hz. Quelle est la valeur de sa période ?
1
1
La
. . . . relation
. . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . . fréquence
. . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .période
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .:. .T. . =
. . . . . . ... .D’où
. . . . . . . .T. . =
. . . . . . . . .=
. . .0,02
. . . . . . .s.
.......................................
f
50
...............................................................................................................................................
44 10. Tension alternative périodique
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3 Valeur efficace d’une tension sinusoïdale
6/ Tension efficace du secteur
La valeur efficace de la tension sinusoïdale du secteur est 230 V.
U
a. Quelle est la relation entre la tension efficace et la tension maximale ? . . . .max
. . . . . .=
. . .1,4.
.......................
U
b. Quelle est la valeur maximale de la tension du secteur ?
. . . . . . . .=. . .1,4
. . . . .U.
. . . .Donc
. . . . . . . .:. .U
. . . . . . . .=. . 1,4
. . . . . .ⴛ
. . .230
. . . . . .=
. . .322
. . . . . .V.
...............................................................................
U
max
max
7/ Tension maximale, tension efficace
Léa a enregistré la tension sinusoïdale ci-contre aux bornes du
générateur du collège.
a. La sensibilité verticale est de 5 V/div. Quelle la valeur maximale de la tension ?
La
. . . .valeur
. . . . . . . . . .maximale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . est
. . . . . de
. . . . .5
. . .ⴛ
. . .3. . .=. . 15
. . . . .V.
..................
b. Quelle est la valeur efficace de cette tension ?
U
15
U. . .=. . . . . max
. . . . . . ;. .d’où
. . . . . . . .:. U
. . . .=. . . . . . . . ;. .U
. . .=
. . .10,7
. . . . . . .V.
........................................
1,4
1,4
c. Léa branche un voltmètre réglé en mode alternatif aux bornes
de ce générateur. Que mesure le voltmètre ?
Le
. . . . voltmètre
. . . . . . . . . . . . . . . indique
. . . . . . . . . . . . la
. . . .valeur
. . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . efficace,
. . . . . . . . . . . . . soit
. . . . . . 10,7
. . . . . . . V.
.....................................................
Exercices d’application
1/ Des unités
Complète le tableau ci-dessous.
Notation
Unité
Symbole
de l’unité
Période
. . . . . . . .T
........
. . .seconde
.............
. . . . . . .s. . . . . . . . .
Fréquence
. . . . . . . . .f. . . . . . .
. . . . .hertz
...........
. . . . . .Hz
..........
Valeur maximale
de la tension
. . . . . .U
. .max
........
. . . . . .volt
..........
......V
..........
2/ Période d’une tension
Une tension se reproduit identique à elle-même sur un intervalle de 6 divisions. La sensibilité
horizontale est réglée sur 0,1 ms/div.
a. Quelle est la période de cette tension ?
La
. . . . période
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .cette
. . . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .:. .6. . ⴛ
. . . 0,1
. . . . . .=. . .0,6
. . . . .ms
. . . . .=. . 0,0006
. . . . . . . . . . .s.
..........................................................
b. Quelle est la fréquence de cette tension ? . La
. . . . .fréquence
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’inverse
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .exprimée
...................
1
en
. . . . .seconde
. . . . . . . . . . . . :. .T
. . .=. . 0,0006
. . . . . . . . . . .s. .;. .f. .=
. . . . . . . . . . . . . .=
. . .1
. . .667
. . . . . .Hz.
............................................................................
0,0006
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10. Tension alternative périodique 45
3/ Réglage d’un oscilloscope
On étudie une tension sinusoïdale et on obtient l’oscillogramme ci-dessous.
Ymax
période
a. Indique sur l’oscillogramme Ymax et la période.
VOLTS/DIV
b. La valeur maximale de la tension étudiée est de 6 V. Quelle est la sensibilité
verticale ? Indique sur la figure ci-contre le réglage du bouton de sensibilité
verticale.
Umax
6
S. . =
. . . . . . . . . . . .;. .soit
. . . . . .:. S
. . .=
. . . . . . .=
. . .2.
. . . La
. . . . .sensibilité
. . . . . . . . . . . . . . .verticale
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . .2. . V
. . . par
. . . . . .division.
.......................
Ymax
3
c. La période de cette tension est de 0,01 s. Quelle est la sensibilité horizontale ?
Indique sur la figure ci-contre le réglage du bouton de sensibilité horizontale.
T
0,01
D. . .=. . . . . . .;. .soit
. . . . . .:. .D
. . .=
. . . . . . . . . . .=
. . .0,001.
...............................................................................
X
10
La
. . . .sensibilité
. . . . . . . . . . . . . . .horizontale
. . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . 0,001
. . . . . . . . .s. . par
. . . . . .division,
. . . . . . . . . . . . .soit
. . . . . .1. . .ms/div.
...............................
d. Quelle est la fréquence de cette tension ?
V
0,1
0,2
mV
50
20
0,5
1
10
2
5
2
5
10
1
T/DIV
ms
0,1
0,2
s
50
20
0,5
1
10
2
5
2
5
10
1
La
. . . .fréquence
. . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’inverse
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . période
. . . . . . . . . . . . .exprimée
. . . . . . . . . . . . . .en
. . . . seconde
. . . . . . . . . . . . .:. .T
. . .=. . 0,01
. . . . . . . s. . .; . . . . . . . . . .
1
f. .=. . . . . . . . . . . =
. . .100
. . . . . .Hz.
.........................................................................................................................
0,01
e. Calcule la tension efficace.
Umax
6
La
. . . . tension
. . . . . . . . . . . .efficace
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .égale
. . . . . . . . .à. . :. . . . . . . . . . .;. .soit
. . . . . .:. . . . . . . . =
. . .4,3
. . . . . V.
................................................................
1,4
1,4
4/ Analyse d’un oscillogramme
Pour la tension représentée ci-contre, la sensibilité horizontale est
de 0,5 ms/div et la sensibilité verticale de 2 V/div.
a. Détermine la période et la valeur maximale de cette tension.
La
. . . .période
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .égale
. . . . . . . . .à
. . .:. 0,5
. . . . . .ⴛ
. . .5
. . .=. . 2,5
. . . . . .ms.
..............................................
La
. . . .valeur
. . . . . . . . . .maximale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . est
. . . . . égale
. . . . . . . . .à
. . .:. .3. . ⴛ
. . . .2. . =
. . .6
. . .V.
...................
b. Quelle est la fréquence de cette tension ?
1
La
. . . . fréquence
. . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’inverse
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .période
. . . . . . . . . . . .exprimée
. . . . . . . . . . . . . . en
. . . . .seconde
. . . . . . . . . . . . :. . T
. . .=
. . .0,0025
. . . . . . . . . .s. . ;. .f. .=
. . . . . . .=
. . .400
. . . . . .Hz.
..............
T
c. Quelle est la valeur efficace de cette tension ?
U
6
. . . . valeur
. . . . . . . . . .efficace
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . . tension
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .égale
. . . . . . . . .à. . :. . . . .max
. . . . . .;. .soit
. . . . . .:. . . . . . . . =
. . . 4,3
. . . . . .V.
.............................................
La
1,4
1,4
46 10. Tension alternative périodique
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
11 Puissance électrique
Connaissances et capacités
• Connaître la définition de la puissance nominale d’un appareil, l’unité de puissance
et quelques ordres de grandeur de puissances électriques domestiques.
• Connaître l’expression de la puissance reçue par un dipôle ohmique.
• Évaluer l’intensité efficace du courant traversant un appareil alimenté par le secteur,
à partir de sa puissance nominale.
• Exposer le rôle d’un coupe-circuit.
• Repérer et identifier les indications de puissance, de tension et d’intensité sur les câbles
et sur les prises électriques.
Activités
1 Puissance d’un appareil électrique
1/ Tension et puissance nominales
Une lampe porte l’inscription (12 V ; 21 W). L’une des inscriptions indique la tension nominale, l’autre
la puissance nominale.
a. Que signifie ici l’adjectif « nominale » ?
La
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .nominale
. . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .de
. . . .bon
. . . . . . .fonctionnement,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .prévue
. . . . . . . . . . .par
. . . . . .le
. . .constructeur.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .De
. . . . .même,
...........
la
. . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . . nominale
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .celle
. . . . . . . qui
. . . . . .permet
. . . . . . . . . . . le
. . . .bon
. . . . . . fonctionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’appareil.
..........................................
b. À quelles unités correspondent les symboles V et W ?
La
. . . .lettre
. . . . . . . . .V
. . .est
. . . . .le
. . . .symbole
. . . . . . . . . . . . du
. . . . .volt,
. . . . . . . unité
. . . . . . . . .de
. . . . .tension
. . . . . . . . . . .et
. . . .la
. . . .lettre
. . . . . . . .W
. . . . est
. . . . . le
. . . .symbole
. . . . . . . . . . . . .du
. . . . .watt,
. . . . . . . .unité
..............
de
. . . . .puissance.
..........................................................................................................................................
2/ Puissance d’une lampe
On réalise le montage, représenté ci-contre, comportant :
– un générateur délivrant une tension alternative de 12 V ;
– une lampe L1 (12 V ; 21 W) ou une lampe L2 (12 V ; 10 W) ;
– deux multimètres.
a. Schématise le montage dans le cadre ci-dessous.
G
~
A
V
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La photocopie non autorisée est un délit.
11. Puissance électrique 47
b. On branche la lampe L1. On mesure la tension efficace entre ses bornes et l’intensité efficace
du courant qui la traverse. On réalise ensuite ces mesures avec la lampe L2.
On obtient les valeurs indiquées dans le tableau.
Lampe
L1
L2
Puissance nominale (W)
21
10
Tension efficace (V)
11,7
11,8
Intensité efficace (A)
1,7
0,8
Produit U • I
. . . . .19,9
...........
. . . . . . .9,4
.........
Pourquoi précise-t-on que l’on mesure ici des grandeurs (tension ou intensité) « efficaces » ?
On
. . . . . précise
. . . . . . . . . . .que
. . . . . . .ces
. . . . .grandeurs
. . . . . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . .des
. . . . . grandeurs
. . . . . . . . . . . . . . . .efficaces,
. . . . . . . . . . . . . .car
. . . . . il
. . .s’agit
. . . . . . . . .de
. . . .mesures
. . . . . . . . . . . . .réalisées
.......................
en
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .alternatif.
..............................................................................................................................
c. Laquelle des deux lampes brille le plus intensément ?
La
. . . . lampe
. . . . . . . . . .L
. .1. .brille
. . . . . . . . le
. . . .plus
. . . . . . .fortement,
. . . . . . . . . . . . . . . .car
. . . . . elle
. . . . . . est
. . . . . .parcourue
. . . . . . . . . . . . . . . par
. . . . . .un
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .plus
. . . . . . .intense
............................
et
. . . .la
. . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .électrique
. . . . . . . . . . . . . . . qu’elle
. . . . . . . . . . . reçoit
. . . . . . . . . est
. . . . . plus
. . . . . . . grande.
..........................................................................
d. Calcule les produits de la tension efficace par l’intensité efficace pour les deux lampes et complète
le tableau.
Pour
. . . . . . . .L. 1. . :. . U
. . .•. .I. .=. . 11,7
. . . . . . .ⴛ
. . . .1,7
. . . . .=
. . .19,9
. . . . . . .;. pour
. . . . . . . .L
. .2. .:. .U
. . .•. I. . =
. . .11,8
. . . . . . .ⴛ
. . . 0,8
. . . . . .=. . 9,4.
.....................................................
e. Écris la relation entre la puissance P, la tension U et l’intensité I.
La
. . . . relation
. . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . . P,
. . . .U
. . .et
. . . .I. .est
. . . . .:. P
. . .=
. . .U
. . .•. I.
.........................................................................................
f. Les résultats de l’expérience précédente sont-ils en accord avec les valeurs indiquées sur les lampes ?
On
. . . . . constate
. . . . . . . . . . . . . que
. . . . . . .les
. . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . appliquées
. . . . . . . . . . . . . . . . .étant
. . . . . . . . .très
. . . . . .voisines
. . . . . . . . . . . .des
. . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . .nominales,
. . . . . . . . . . . . . . . . les
. . . . .produits
.................
U
. . .•. .I. ont
. . . . . . des
. . . . . .valeurs
. . . . . . . . . . .très
. . . . . . voisines
. . . . . . . . . . . . .des
. . . . . puissances
. . . . . . . . . . . . . . . . nominales.
..........................................................................
2 Limitation de l’intensité : le coupe-circuit
fusible
A
V
L1
K1
L2
L1
L1 et L2
L1, L2 et L3
Tension efficace U (V)
6
6
6
Intensité efficace I (mA)
98
197
298
Puissance fournie P (W)
. . . .0,59
..........
. . . . 1,18
..........
. . . . .1,79
.........
Lampes en fonctionnement
48 11. Puissance électrique
6V
K2
L3
installation
3/ Une installation électrique
Des élèves réalisent le montage ci-contre comportant un générateur
6 V alternatif, des lampes (6 V ; 0,6 W) et un fusible de 500 mA.
Ce montage simule une prise de courant équipée d’un coupe-circuit et
une installation électrique comportant plusieurs appareils branchés
sur la prise.
On mesure l’intensité efficace du courant fourni à l’installation et la
tension à ses bornes.
Les résultats des mesures sont regroupés dans le tableau suivant.
G
~
K3
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
a. Les lampes fonctionnent-elles sous leur tension nominale ?
Les
. . . . . valeurs
. . . . . . . . . . . .mesurées
. . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . sont
. . . . . . . .égales
. . . . . . . . . .aux
. . . . . .tensions
. . . . . . . . . . . . .nominales
. . . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .lampes
. . . . . . . . . . .utilisées.
.........................
b. Calcule, dans chaque cas, la puissance fournie à l’installation et inscris le résultat dans le tableau
précédent. .La
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .:. .P. . =
. . .U
. . .•. .I.. . On
. . . . . .trouve
. . . . . . . . . .(en
. . . . . .convertissant
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . les
. . . . .mA
. . . . . .en
. . . . .A)
. . . .:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–3
•. . .pour
. . . . . . .L
. .1. .:. .6
. . .ⴛ
. . .98
. . . .ⴛ
. . . .10
. . . . . .=
. . .0,59
. . . . . . .W
. . . .;. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–3
•. . .pour
. . . . . . .L
. .1. .et
. . . .L. .2. .:. .6. . ⴛ
. . . .197
. . . . . .ⴛ
. . .10
. . . . . . .=. . .1,18
. . . . . . .W
. . . .; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–3
•. . .pour
. . . . . . .L
. .1.,. .L. .2. .et
. . . .L.3. . :. . 6
. . .ⴛ
. . .298
. . . . . .ⴛ
. . . .10
. . . . . .=
. . .1,79
. . . . . . .W.
...................................................................................
c. Complète le tableau.
Lampes en fonctionnement
L1
L1 et L2
L1, L2 et L3
Puissance fournie (W)
. . . . 0,59
..........
. . . . 1,18
..........
. . . . .1,79
.........
Somme des puissances nominales (W)
. . . . .0,6
.........
. . . . . 1,2
.........
. . . . . .1,8
........
d. Quelle relation peut-on énoncer concernant la puissance fournie à l’installation et la somme des
puissances nominales des appareils en fonctionnement sous leur tension nominale ?
La
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .fournie
. . . . . . . . . . . .à. .une
. . . . . . .installation
. . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .égale
. . . . . . . . .à. . la
. . . .somme
. . . . . . . . . . .des
. . . . . .puissances
. . . . . . . . . . . . . . . .nominales
. . . . . . . . . . . . . . . des
..................
appareils
. . . . . . . . . . . . . .fonctionnant
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .sous
. . . . . . .leur
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . nominale.
....................................................................................
4/ Le fusible
On considère encore le montage précédent.
a. Comment évolue l’intensité efficace du courant dans la branche principale lorsque le nombre de
lampes augmente ?
L’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . .la
. . . .branche
. . . . . . . . . . . .principale
. . . . . . . . . . . . . . .augmente
. . . . . . . . . . . . . . .lorsque
. . . . . . . . . . . .le
. . .nombre
. . . . . . . . . . . .de
. . . . lampes
. . . . . . . . . . . augmente
................
(voir
. . . . . . . le
. . . .premier
. . . . . . . . . . . . tableau
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’exercice
. . . . . . . . . . . . . .3
. . .page
. . . . . . . .48).
..............................................................................
b. Que se passe-t-il pour le fusible lorsque le nombre de lampes augmente ?
Lorsque
. . . . . . . . . . . . l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . dans
. . . . . . . .la
. . . .branche
. . . . . . . . . . . .principale
. . . . . . . . . . . . . . . dépasse
. . . . . . . . . . . . .la
. . .valeur
. . . . . . . . . .indiquée
. . . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .le
. . . fusible,
............
ce
. . . .dernier
. . . . . . . . . . . fond
. . . . . . . . et
. . . .coupe
. . . . . . . . . .le
. . . courant.
.......................................................................................................
c. Quel est le rôle du fusible ?
Le
. . . . fusible
. . . . . . . . . . .protège
. . . . . . . . . . . . l’installation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .électrique,
. . . . . . . . . . . . . . . . car
. . . . . .il. . peut
. . . . . . . .fondre
. . . . . . . . . . .en
. . . .cas
. . . . . de
. . . . .surintensité.
........................................
Exercices d’application
1/ Puissance électrique
a. Exprime la puissance reçue par un appareil soumis à une tension continue U et traversé par
un courant d’intensité I. Précise les unités des différentes grandeurs.
La
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .P
. . .reçue
. . . . . . . . par
. . . . . . un
. . . . .appareil
. . . . . . . . . . . . .soumis
..........à
. . .une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . .continue
. . . . . . . . . . . . . .U
. . .et
. . . .traversé
. . . . . . . . . . . . par
. . . . . .un
. . . . .courant
..............
d’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . . I. .est
. . . . .:. .P
. . .=. . U
. . . •. .I. .avec
. . . . . . .P
. . .en
. . . . watt,
. . . . . . . . .U
. . .en
. . . . .volt
. . . . . .et
. . . .I. .en
. . . . ampère.
...........................................................
b. Même question pour un dipôle ohmique (radiateur, four, lampe, etc.) soumis à une tension alternative de valeur efficace U et traversé par un courant d’intensité efficace I.
La
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .P
. . .reçue
. . . . . . . . par
. . . . . . un
. . . . .dipôle
. . . . . . . . . .ohmique
. . . . . . . . . . . . . .soumis
. . . . . . . . . . .à. . une
. . . . . . .tension
. . . . . . . . . . . alternative
. . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . valeur
. . . . . . . . . . efficace
. . . . . . . . . . . .U
....
et
. . . .traversé
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . un
. . . . .courant
. . . . . . . . . . . .d’intensité
. . . . . . . . . . . . . . .efficace
. . . . . . . . . . . .I. est
. . . . . :. .P
. . .=. . U
. . .•. .I. .avec
. . . . . . .P. . en
. . . . .watt,
. . . . . . . .U
. . .en
. . . . volt
. . . . . . .et
. . . I. .en
. . . . ampère.
.............
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
11. Puissance électrique 49
c. Calcule la puissance reçue par une lampe soumise à une tension de 6 V et traversée par un
courant d’intensité 200 mA.
La
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .reçue
. . . . . . . . .par
. . . . . .une
. . . . . .lampe
. . . . . . . . . .soumise
. . . . . . . . . . . .à
. . .une
. . . . . . tension
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .6. . V
. . . et
. . . .traversée
. . . . . . . . . . . . . . par
. . . . . .un
. . . . .courant
.....................
–3
d’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . . 200
. . . . . . mA
. . . . . . est
. . . . . :. .P
. . .=
. . .U
. . •. . I. .=
. . .6. . ⴛ
. . . .200
. . . . . .ⴛ
. . .10
. . . . . . .=
. . .6. . ⴛ
. . . .0,2
. . . . .=
. . .1,2
. . . . .W.
.................................................
2/ Plaque signalétique d’un appareil
Un appareil de chauffage électrique porte les indications ci-contre.
a. Que représentent ces indications ?
1,5 kW
230 V
50 Hz
1,5
. . . . . kW
. . . . . .représente
. . . . . . . . . . . . . . . . la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . .reçue
. . . . . . . . .par
. . . . . l’appareil
. . . . . . . . . . . . . . .lorsqu’il
. . . . . . . . . . . . fonctionne
. . . . . . . . . . . . . . . . .sous
. . . . . . .sa
. . . .tension
. . . . . . . . . . . .nominale.
................
La
. . . . valeur
. . . . . . . . . .efficace
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .230
. . . . . .V
. . .représente
. . . . . . . . . . . . . . . . la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . nominale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . fonctionnement.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .L’indication
. . . . . . . . . . . . . . . . 50
. . . . .Hz
......
représente
. . . . . . . . . . . . . . . .la
. . . fréquence
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . .tension
. . . . . . . . . . . sinusoïdale
. . . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . .secteur
. . . . . . . . . . .sur
. . . . .lequel
. . . . . . . . . .est
. . . . branché
. . . . . . . . . . . . .l’appareil.
..........................
b. En fonctionnement normal, quelle est l’intensité efficace du courant traversant cet appareil ?
Pour
. . . . . . . .un
. . . . appareil
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .chauffage,
. . . . . . . . . . . . . . . .la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . reliée
.........à
. . .la
. . . .tension
. . . . . . . . . . . efficace
. . . . . . . . . . . . et
. . . .à
. . .l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . .efficace
.............
3
1,5 ⴛ 10
P
1 500
par
. . . . . .la
. . . relation
. . . . . . . . . . . . .:. P
. . .=
. . .U
. . .•. I. . soit
. . . . . . :. .I. .=
. . . . . . . ;. .I. .=
. . . . . . . . . . . . . . . . . . ;. .I. .=
. . . . . . . . . . . .=
. . .6,5
. . . . .A.
.............................................
230
U
230
3/ Protection d’un circuit
Un électricien installe une ligne électrique pour alimenter, sous la tension efficace de 230 V, un
radiateur de puissance nominale 2,5 kW. Pour protéger cette ligne, il veut installer un coupe-circuit.
Il peut choisir entre trois types de coupe-circuit portant des indications différentes : 10 A, 16 A et 20 A.
a. Que signifie l’indication portée par le coupe-circuit ? .L’indication
. . . . . . . . . . . . . . . . . .portée
. . . . . . . . . .par
. . . . . .le
. . . coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
....
la
. . . .valeur
. . . . . . . . . minimale
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . .efficace
. . . . . . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .provoque
. . . . . . . . . . . . . . .la
. . . coupure
. . . . . . . . . . . . . du
. . . . .circuit.
.........................
b. Quel coupe-circuit doit choisir l’électricien ? Justifie ta réponse.
P
2 500
L’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . vaut
. . . . . . . .:. .I. =
. . . . . . . .avec
. . . . . . .P
. . .=
. . .2. . 500
. . . . . .W
. . . . et
. . . .U
...=
. . . 230
. . . . . . V,
. . . .soit
. . . . . .I. .=
. . . . . . . . . . . .=
. . .10,9
. . . . . . .A.
.................
U
230
On
. . . . . ne
. . . . .peut
. . . . . . . pas
. . . . . . choisir
. . . . . . . . . . le
. . . .coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
. . . . .A.
. . . .On
. . . . .peut
. . . . . . . .adopter
. . . . . . . . . . . . le
. . . .coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
. . . . .A.
.........................
4/ Protéger une ligne
Une ligne, constituée de deux fils de 1,5 mm2 et alimentant une prise de courant du secteur
(tension efficace de 230 V) est protégée par un coupe-circuit de 10 A.
Cette prise permet d’alimenter plusieurs appareils dont un téléviseur à écran plasma de 350 W et
trois lampes de 100 W chacune.
a. Quelle est l’intensité du courant dans la ligne lorsque ces appareils fonctionnent ensemble ? (On
admettra que les puissances électriques des appareils s’ajoutent.)
La
. . . . ligne
. . . . . . . . doit
. . . . . . .alors
. . . . . . . .fournir
. . . . . . . . . . .une
. . . . . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . égale
. . . . . . . . .à
. . .la
. . . somme
. . . . . . . . . . . .des
. . . . . puissances
. . . . . . . . . . . . . . . .consommées
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .par
. . . . . les
...........
P
650
appareils
. . . . . . . . . . . . . .branchés,
. . . . . . . . . . . . . . .soit
. . . . . .P. . =
. . . 350
. . . . . .+
. . . 100
. . . . . .ⴛ
. . . .3. . =
. . .650
. . . . . .W.
. . . . .Or
. . . . I. . =
. . . . . . . .soit
. . . . . .I. .=. . . . . . . . . . .=. . 2,8
. . . . . .A.
...........................
U
230
b. Risque-t-on alors une coupure du courant ?
Non,
. . . . . . . .car
. . . . .le
. . . .coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .ne
. . . . .coupe
. . . . . . . . . le
. . . .courant
. . . . . . . . . . . .que
. . . . . . pour
. . . . . . . . une
. . . . . . .intensité
. . . . . . . . . . . . . supérieure
. . . . . . . . . . . . . . . . ou
. . . . .égale
. . . . . . . . .à
. . .10
. . . .A.
......
c. Lorsque ces quatre appareils fonctionnent simultanément, est-il possible de brancher aussi un
chauffage d’appoint de 1 kW ? de 2 kW ? Pourquoi ?
1 650
Avec
. . . . . . . .le
. . . radiateur
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .1
. . .kW,
. . . . . . la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . .totale
. . . . . . . . .est
. . . . .alors
. . . . . . . .de
. . . . .1. .650
. . . . . .W
. . . . et
. . . .l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . . . . . . . . . . .=
. . . 7,2
. . . . . A.
.....
230
La
. . . . ligne
. . . . . . . . supporte
. . . . . . . . . . . . . . cette
. . . . . . . . intensité.
. . . . . . . . . . . . . . .Avec
. . . . . . . le
. . . .radiateur
. . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .2
. . .kW,
. . . . . .la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . totale
. . . . . . . . . .est
. . . . .de
....2
. . .650
. . . . . .W
. . . . et
.....
2 650
l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . de
. . . . . . . . . . . . . .=
. . 11,5
. . . . . . .A.
. . . .Le
. . . .coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . .coupe
. . . . . . . . .le
. . . courant
. . . . . . . . . . . .pour
. . . . . . . protéger
. . . . . . . . . . . . .la
. . . ligne
. . . . . . . .d’une
. . . . . . . . .surintensité.
................
230
50 11. Puissance électrique
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La photocopie non autorisée est un délit.
5/ Étude d’une installation
Voici le schéma d’une installation électrique réalisé par François.
disjoncteur
16 A
20 A
10 A
230 V
10 A
2,5 kW
1 200 W
4 kW
75 W
a. Calcule l’intensité efficace du courant qui circule dans les divers appareils lorsqu’ils fonctionnent.
2 500 . . .10,9
. . . . .a
. . .:. .I. .=. . . P
. . ... .Pour
. . . . . . . .le
. . .radiateur
. . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .2,5
. . . . . kW
. . . . . .:. .I. .=. . . . . . . . . . . .=
. . . . . . .A.
........................................................
On
230
U
1
200
. . . . . . . .le
. . .fer
. . . . .à
. . .repasser
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .1
. . .200
. . . . . .W
. . . .:. .I. .=. . . . . . . . . . . .=
. . .5,2
. . . . .A.
......................................................................
Pour
230
Pour
. . . . . . . .le
. . .four
. . . . . . . électrique
. . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .4
. . .kW
. . . . . .:. I. . =
. . .4
. . .000
. . . . . . .=. . 17,4
. . . . . . . A.
. . . . Pour
. . . . . . . .la
. . . .lampe
. . . . . . . . . de
. . . . .75
. . . .W
. . . . :. . .I. .=
. . .75
. . . . . .=
. . .0,33
. . . . . . .A.
.........
230
230
b. La protection prévue (coupe-circuit) est-elle adaptée pour chacun des appareils ? Sinon, quelle
modification doit être réalisée ?
. . . . . . . .la
. . . protection
. . . . . . . . . . . . . . . . prévue
. . . . . . . . . . . n’est
. . . . . . . .pas
. . . . . .adaptée
. . . . . . . . . . . . .pour
. . . . . . . .le
. . .radiateur.
. . . . . . . . . . . . . . .L’alimentation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . radiateur
. . . . . . . . . . . . . . .doit
...........
Non,
être
. . . . . . .protégée
. . . . . . . . . . . . . .par
. . . . . .un
. . . . coupe-circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . . supérieure
................à
. . .11
. . . . .A.
....................................................
c. Quelle est la puissance totale fournie à cette installation lorsque tous les appareils fonctionnent
simultanément (on admettra que les puissances s’ajoutent) ?. .Lorsque
. . . . . . . . . . . .tous
. . . . . . les
. . . . .appareils
. . . . . . . . . . . . .fonctionnent
...................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . .fournie
. . . . . . . . . . .à
. . .l’installation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .:. .P. . =
. . .2
. . .500
. . . . . .+
. . .1. . 200
......+
. . .4
. . .000
. . . . . .+
. . .75
. . . .=
. . .7
. . .775
. . . . . .W.
.....
simultanément,
d. Quelle est alors l’intensité du courant traversant le disjoncteur ?
P
7 775
. . . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . courant
. . . . . . . . . . . . traversant
. . . . . . . . . . . . . . . .le
. . . .disjoncteur
. . . . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . .alors
. . . . . . . :. .I. .=
. . . . . . . .=. . . . . . . . . . . . .=. . .33,8
. . . . . . A.
. . . . .On
. . . . .peut
. . . . . . . vérifier
...........
L’intensité
U
230
. . . . . . c’est
. . . . . . . .bien
. . . . . . .la
. . . .somme
. . . . . . . . . . .des
. . . . . .intensités
. . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .courants
. . . . . . . . . . . . . circulant
. . . . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . chacun
. . . . . . . . . . . des
. . . . . .appareils.
..............................
que
e. En te reportant au tableau ci-contre, quelle
doit être la section des câbles qui alimentent ces
divers appareils ? Complète le tableau ci-dessous.
Section (mm2)
1,5
2,5
6
Intensité maximale (A)
16
25
40
Appareil
radiateur fer à repasser
four
lampe
Intensité nominale (A)
. .10,9
.......
. . .5,2
......
. .17,4
.......
. .0,33
.......
Section du cable (mm2)
. . .1,5
......
. . .1,5
......
. . .2,5
......
. . .1,5
......
f. Quelle doit être la section du câble sortant du disjoncteur ?
2
Le
. . . .courant
. . . . . . . . . . . .sortant
. . . . . . . . . . .du
. . . .disjoncteur
................a
. . .une
. . . . . . intensité
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .33,8
. . . . . .A
. . . :. .il
. . .faut
. . . . . . un
. . . . .câble
. . . . . . . .de
. . . . .section
. . . . . . . . . .6
. . .mm
. . . . . . .. . . . . . . . . . . .
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11. Puissance électrique 51
12 Énergie électrique
Connaissances et capacités
• Connaître la relation entre l’énergie électrique E reçue par un appareil et la puissance
nominale de cet appareil.
• Calculer l’énergie électrique transférée à un appareil pendant une durée donnée.
• Connaître les unités d’énergie électrique.
Activités
1 Mesure de l’énergie électrique transférée à un dipôle
1/ Le joulemètre
On désire mesurer la puissance et l’énergie consommée par un radiateur électrique. Pour cela, on utilise
un joulemètre.
Cet appareil possède quatre bornes d’entrée : deux
pour le branchement « U », deux pour le branchement « I ».
joulemètre
radiateur
électrique
U
mode
a. Reproduis dans le cadre ci-contre le montage ci-dessus en
schématisant le joulemètre (indique uniquement les bornes « U »
et « I »). Repasse en rouge le circuit principal. Justifie.
t
We
P
I
U
I
W
A
V
départ
arrêt
joulemètre
Le
. . . . circuit
. . . . . . . . . .principal
. . . . . . . . . . . . . comporte
. . . . . . . . . . . . . . . le
. . . .générateur
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .le
. . . radiateur.
......................
U
I
............................................................................................
b. Que permet de mesurer le branchement « U » ?
Le
. . . . branchement
....................«
. . .U
. . .»
. . .permet
. . . . . . . . . . . de
. . . . .mesurer
. . . . . . . . . . . . .la
. . .tension
...........................
aux
. . . . . .bornes
. . . . . . . . . . .du
. . . . .radiateur.
......................................................................
c. Que permet de mesurer le branchement « I » ?
Le
. . . . branchement
....................«
. . .I. .»
. . .permet
. . . . . . . . . . .de
. . . . .mesurer
. . . . . . . . . . . . l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .courant
............
qui
. . . . . .traverse
. . . . . . . . . . . .le
. . . .radiateur.
......................................................................
V
A
............................................................................................
d. Schématise le montage qui utiliserait un ampèremètre et
un voltmètre à la place du joulemètre.
Le
. . . . voltmètre
. . . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . branché
. . . . . . . . . . . . .en
. . . . .dérivation
. . . . . . . . . . . . . . . aux
. . . . . . bornes
. . . . . . . . . . .du
. . . . .radiateur
.............
et
. . . .l’ampèremètre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . . placé
. . . . . . . . .en
. . . . série
. . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . .circuit.
................................................................................
...............................................................................................................................................
52 12. Énergie électrique
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2/ Mesure de puissance et d’énergie électrique à l’aide d’un joulemètre
On branche un joulemètre aux bornes d’un radiateur électrique.
a. Lorsqu’on appuie sur la touche P, qu’indique le joulemètre ? Précise l’unité.
. . . . . . . . . . . . . . . appuie
. . . . . . . . . . .sur
. . . . . la
. . . .touche
. . . . . . . . . . .P,
. . . .le
. . . joulemètre
. . . . . . . . . . . . . . . . .indique
. . . . . . . . . . . .la
. . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . électrique
. . . . . . . . . . . . . . . .reçue
. . . . . . . . .par
..................
Lorsqu’on
le
. . . .radiateur.
. . . . . . . . . . . . . . L’unité
. . . . . . . . . . .de
. . . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . le
. . . .watt.
......................................................................................
b. Si, à la place du joulemètre, on utilise un voltmètre et un ampèremètre, quelle opération
doit-on effectuer pour obtenir la puissance P ?
Pour
. . . . . . . .obtenir
. . . . . . . . . . . la
. . . .puissance,
. . . . . . . . . . . . . . . on
. . . . .doit
. . . . . . .effectuer
. . . . . . . . . . . . . .le
. . . .produit
. . . . . . . . . . . :. .P
. . .=. . .U
. . •. .I.
....................................................
c. Lorsqu’on appuie sur la touche We, qu’indique le joulemètre ?
Lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . . appuie
. . . . . . . . . . .sur
. . . . . la
. . . .touche
. . . . . . . . . . .We,
. . . . . . . le
. . . .joulemètre
. . . . . . . . . . . . . . . . .indique
. . . . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . .électrique
. . . . . . . . . . . . . . . .E. . reçue
. . . . . . . . .par
.................
le
. . . .radiateur.
...........................................................................................................................................
d. Pour mesurer l’énergie électrique reçue, pourquoi doit-on appuyer sur la touche « départ » puis,
au bout d’un certain temps, sur la touche « arrêt » ?
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .reçue
. . . . . . . . .par
. . . . . .le
. . . radiateur
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .relative
...........à
. . .une
. . . . . . .durée
. . . . . . . . .d’utilisation.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Donc,
. . . . . . . . .si
. . .on
. . . . .veut,
. . . . . . . .par
.................
exemple,
. . . . . . . . . . . . . .mesurer
. . . . . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . reçue
. . . . . . . . .pendant
. . . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .minute,
. . . . . . . . . . . .on
. . . . .appuie
. . . . . . . . . . .sur
. . . . .la
. . . touche
. . . . . . . . . . .«
. . .départ
..........»
..............
et,
. . . . .une
. . . . . .minute
. . . . . . . . . . . plus
. . . . . . . tard,
. . . . . . . .sur
. . . . . la
. . . .touche
. . . . . . . . . . .«. . arrêt
. . . . . . . . ».
............................................................................
e. Que mesure le joulemètre lorsqu’on appuie sur la touche t ?
Lorsqu’on
. . . . . . . . . . . . . . . appuie
. . . . . . . . . . .sur
. . . . . la
. . . .touche
. . . . . . . . . . .t,
. . .le
. . . joulemètre
. . . . . . . . . . . . . . . . .indique
. . . . . . . . . . . .la
. . . .durée
. . . . . . . . .t. .d’utilisation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .radiateur.
........................
f. Précise l’unité d’énergie dans le système international d’unités.
. . . . . . . .le
. . . .système
. . . . . . . . . . . .international
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’unités,
. . . . . . . . . . . . .l’unité
. . . . . . . . . . d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .le
. . . .joule
. . . . . . . .(J).
............................................
Dans
g. Justifie le nom de « joulemètre ».
Comme
. . . . . . . . . . . .son
. . . . . .nom
. . . . . . . l’indique,
. . . . . . . . . . . . . . .le
. . . joulemètre
. . . . . . . . . . . . . . . . .«
. . .mesure
. . . . . . . . . . . des
. . . . . .joules
. . . . . . . . . »,
. . . .c’est-à-dire
. . . . . . . . . . . . . . . . .une
. . . . . .énergie.
...........................
h. Comment procéder pour obtenir l’énergie électrique reçue par le radiateur, en mesurant la
tension à ses bornes et l’intensité qui le traverse ?
Il. . .faut
. . . . . . .mesurer
. . . . . . . . . . . . la
. . . .durée
. . . . . . . . .t. . d’utilisation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .radiateur
. . . . . . . . . . . . . . .et
. . . effectuer
. . . . . . . . . . . . . . .le
. . .produit
. . . . . . . . . . . .:. .U
. . •. .I. .•. t.
..........................
3/ Calcul d’une énergie électrique
Un radiateur électrique de puissance 1,2 kW fonctionne 10 heures par jour.
a. Quelle relation permet de calculer sa consommation ? Précise les unités.
La
. . . . consommation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . énergétique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’un
. . . . . . . .appareil
. . . . . . . . . . . . se
. . . . calcule
. . . . . . . . . . .par
. . . . . .:. .E. . =
. . .P
. . •. .t.
..............................................
Si
. . .P
. . .est
. . . . .en
. . . . .watt
. . . . . . . (W)
. . . . . . et
. . . . t. . en
. . . . .seconde
. . . . . . . . . . . . .(s),
. . . . .E. . s’exprime
. . . . . . . . . . . . . . .en
. . . . .joule
. . . . . . . .(J).
.......................................................
Si
. . .P
. . .est
. . . . .en
. . . . .kilowatt
. . . . . . . . . . . . .(kW)
. . . . . . . et
. . . . t. . en
. . . . .heure
. . . . . . . . . (h),
. . . . . .E
. . .s’exprime
. . . . . . . . . . . . . . .en
. . . .kilowatt-heure
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (kWh).
.....................................
b. Quelle énergie consomme par semaine ce radiateur ? Exprime le résultat en kWh et en joule.
Une
. . . . . . .semaine
. . . . . . . . . . . . .correspond
. . . . . . . . . . . . . . . . .à. . 70
. . . . .heures
. . . . . . . . . . de
. . . . .fonctionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .radiateur.
.......................................................
8
E. . .=. . 1,2
. . . . . .ⴛ
. . .70
. . . .=
. . . 84
. . . . .kWh
. . . . . . . ou
. . . . .E
. . .=. . 1
. . .200
. . . . . .ⴛ
. . . 70
. . . . .ⴛ
. . .3
. . .600
. . . . . .=
. . . .3,024
. . . . . . . .ⴛ
. . . .10
. . . . . J.
..................................................
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12. Énergie électrique 53
2 Étude d’une facture d’électricité
4/ Exploitation d’une facture EDF
a. Que représente le nombre entouré en rouge ? Comment est-il obtenu ?
806
. . . . . .représente
. . . . . . . . . . . . . . . . .le
. . .nombre
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .kWh
. . . . . . . .consommés
. . . . . . . . . . . . . . . . .:. .86
. . . . 852
......–
. . .86
. . . . 046
......=
. . . 806.
...............................................
b. Quel est le prix du kWh hors taxes ?
Le
. . . . prix
. . . . . . .du
. . . . kWh
. . . . . . . .hors
. . . . . . .taxes
. . . . . . . . .est
. . . . .0,0787
. . . . . . . . . .€.
.........................................................................................
c. Que représente le nombre encadré en noir ? Comment est-il obtenu ?
Le
. . . . nombre
. . . . . . . . . . . . .encadré
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .noir
. . . . . . est
. . . . . le
. . . .montant
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . consommation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .hors
. . . . . . .taxes
. . . . . . . . (HT)
. . . . . . .:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
806
. . . . . .ⴛ
. . . 0,0787
. . . . . . . . . . .=
. . .63,43
. . . . . . . . €.
................................................................................................................
d. Quelle est la puissance souscrite par cet abonné ?
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .souscrite
. . . . . . . . . . . . . par
. . . . . .l’abonné
. . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .inscrite
. . . . . . . . . . .en
. . . . .bas
. . . . . de
. . . . .la
. . . .facture,
. . . . . . . . . . . .dans
. . . . . . . la
. . . .rubrique
.................................
La
«. . .Caractéristiques
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .votre
. . . . . . . . .tarif
. . . . . . .». . :. .elle
. . . . . . est
. . . . . de
. . . . .6. . .kW.
.........................................................................
54 12. Énergie électrique
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ercices d’application
Exercices d’application
1/ Puissance et énergie
Julia dit qu’une lampe 75 W consomme davantage d’énergie qu’une lampe 50 W. Hugo dit que cela
n’est pas toujours vrai.
Qui a raison ? Justifie en donnant un exemple.
La
. . . . puissance
. . . . . . . . . . . . . . .ne
. . . . suffit
. . . . . . . . .pas
. . . . . .pour
. . . . . . . .comparer
. . . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .consommations
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d’énergie.
. . . . . . . . . . . . . . . .La
. . . .durée
. . . . . . . . . .d’utilisation
........................
intervient.
. . . . . . . . . . . . . . . .En
. . . . effet,
. . . . . . . . . une
. . . . . . .lampe
. . . . . . . . . .de
. . . .75
. . . . .W
. . . .utilisée
. . . . . . . . . . .pendant
. . . . . . . . . . . . .1
. . .h. . consomme
. . . . . . . . . . . . . . . . .moins
. . . . . . . . . d’énergie
.............................
qu’une
. . . . . . . . . . .lampe
. . . . . . . . . .de
. . . . .50
. . . .W
. . . .utilisée
. . . . . . . . . . . pendant
. . . . . . . . . . . . .2
. . .h.
..................................................................................
La
. . . . première
. . . . . . . . . . . . . . consommera
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
. . . .Wh
. . . . . .et
. . . .la
. . . deuxième
. . . . . . . . . . . . . . . 50
. . . . .ⴛ
. . .2
. . .=. . 100
. . . . . . .Wh.
.....................................................
C’est
. . . . . . . .Hugo
. . . . . . . . .qui
. . . . .a
. . .raison.
......................................................................................................................
2/ Lampes basse consommation d’énergie (LBC)
Le tableau ci-contre donne les équivalences en terme d’éclairage,
entre une lampe à incandescence et une LBC.
Les équivalences
Lampe
à incandescence
LBC
Pour
. . . . . . . un
. . . . .même
. . . . . . . . . .éclairage,
. . . . . . . . . . . . . . .la
. . . LBC
. . . . . . .reçoit
. . . . . . . . .moins
. . . . . . . . . de
. . . . .puissance
........................
40 W
9W
électrique
. . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .donc
. . . . . . . .moins
. . . . . . . . . d’énergie,
. . . . . . . . . . . . . . . .à
. . .durée
. . . . . . . . .de
. . . . .fonctionnement
.........................
60 W
11 W
75 W
15 W
a. Justifie l’appellation « basse consommation ».
égale,
. . . . . . . . . qu’une
. . . . . . . . . . . lampe
. . . . . . . . . .à
. . .incandescence.
.............................................................
b. On remplace les 10 lampes à incandescence 60 W d’une habitation par des lampes équivalentes
basse consommation. Ces lampes sont allumées en moyenne 8 heures par jour.
• Quelle économie d’énergie, en kWh, réalise-t-on en une année ? On admettra que les puissances
s’ajoutent.
. . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .lampes
. . . . . . . . . . .à. . incandescence
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .reçoit
. . . . . . . . .une
. . . . . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . .P
. .T. . =
. . .60
. . . .ⴛ
. . . .10
. . . .=
. . .600
. . . . . .W
. . . .;. .soit
. . . . . .0,6
. . . . .kW
. . . . . .et
....
L’ensemble
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,6
. . . . .kWh.
. . . . . . . . La
. . . . consommation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . en
. . . . .une
. . . . . . heure
. . . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . 0,6
. . . . . .kWh.
.................................
consomment
. . . . . . . . . . . . . . . . .des
. . . . . .LBC
. . . . . .reçoivent
. . . . . . . . . . . . . . une
. . . . . . .puissance
. . . . . . . . . . . . . .P
. .T. . =
. . .11
....ⴛ
. . . .10
. . . .=
. . .110
. . . . . .W
. . . .;. .soit
. . . . . .0,11
. . . . . . .kW
. . . . . .et
. . . .consomment
......................
L’ensemble
. . . . . . .kWh.
. . . . . . . . La
. . . . .consommation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . .en
. . . . une
. . . . . . .heure
. . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . .0,11
. . . . . . .kWh.
.................................................
0,11
L’économie
. . . . . . . . . . . . . . . . .énergétique,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .par
. . . . . heure
. . . . . . . . . .de
. . . . fonctionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .donc
. . . . . . . .de
. . . . :. .0,6
. . . . .–
. . .0,11
. . . . . . .=
. . .0,49
. . . . . . .kWh.
..................
En
. . . . .une
. . . . . .année,
. . . . . . . . . . .l’économie
. . . . . . . . . . . . . . . . .d’énergie
. . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.E
. . .=. . 0,49
. . . . . . .ⴛ
. . . .8. . ⴛ
. . . .365
. . . . . .=. . .1. . 431
. . . . . . kWh.
.......................................................................................................
• Le prix du kWH est de 0,095 € TTC. Quelle économie d’argent réalise-t-on ?
. . . . . réalise
. . . . . . . . . . une
. . . . . . .économie
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .: . 1
. . .431
. . . . . .ⴛ
. . . 0,095
. . . . . . . . .=
. . . .136
. . . . . .€.
.....................................................................
On
• Quel est l’impact, sur l’environnement, de l’utilisation de telles lampes ?
. . . . .utilisant
. . . . . . . . . . . . ces
. . . . . lampes,
. . . . . . . . . . . . on
. . . . .diminue
. . . . . . . . . . . . .les
. . . . .rejets
. . . . . . . . de
. . . . .dioxyde
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .carbone
. . . . . . . . . . . . .(gaz
. . . . . . .à. . effet
. . . . . . . . de
. . . . .serre)
. . . . . . . . .des
............
En
centrales
. . . . . . . . . . . . . .thermiques
. . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .on
. . . . .diminue
. . . . . . . . . . . . .la
. . .consommation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . en
. . . . .uranium
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .donc
. . . . . . . .les
. . . . .déchets
. . . . . . . . . . . .radioactifs
..................
des
. . . . . .centrales
. . . . . . . . . . . . . .nucléaires.
...........................................................................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
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12. Énergie électrique 55
13 Gravitation et poids
Connaissances et capacités
• Connaître les conséquences de la gravitation.
• Interpréter l’origine du poids.
• Connaître la relation entre le poids et la masse.
Activités
1 La gravitation
1/ Simulation de la gravitation par interaction magnétique
Un aimant et un cylindre d’acier de même masse sont placés sur
des flotteurs dans une bassine d’eau. Maxime maintient les
deux flotteurs à une faible distance.
a. Que va-t-il observer s’il lâche simultanément les deux objets ?
L’aimant
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .le
. . . cylindre
. . . . . . . . . . . . .s’attirent
. . . . . . . . . . . . . .mutuellement.
............................................
b. Représente les deux objets après qu’ils aient été lâchés.
c. Quelles sont les actions mises en jeu dans cette manipulation ?
L’aimant
. . . . . . . . . . . . . exerce
. . . . . . . . . . une
. . . . . . .attraction
. . . . . . . . . . . . . . .à
. . .distance
. . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .le
. . . cylindre.
..........................................................................
Le
. . . . cylindre
. . . . . . . . . . . . .exerce
. . . . . . . . . .une
. . . . . .attraction
. . . . . . . . . . . . . . .à
. . .distance
. . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .l’aimant.
..........................................................................
d. Maxime recommence l’expérience en éloignant davantage les deux flotteurs. Ils restent immobiles.
Comment varie l’interaction entre l’aimant et le cylindre ?
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . . .l’aimant
. . . . . . . . . . . . et
. . . . le
. . . .cylindre
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .d’autant
. . . . . . . . . . . . . plus
. . . . . . . faible
. . . . . . . . . que
. . . . . . .la
. . . distance
. . . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .les
. . . . .sépare
...............
L’interaction
. . . . .grande.
..........................................................................................................................................
est
2/ Attraction gravitationnelle
La Lune est le satellite naturel de la Terre. Elle tourne autour de la Terre.
a. Pourquoi la Lune reste-t-elle en orbite autour de la Terre ?
. . . . Lune
. . . . . . . . reste
. . . . . . . . au
. . . . .voisinage
. . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .Terre
. . . . . . . .car
. . . . .elle
. . . . . . est
. . . . . attirée
. . . . . . . . . . .par
. . . . . .la
. . .Terre.
...............
La
...........................................................................................................
b. Quel nom porte ce phénomène ?
C'est
. . . . . . . .le
. . . .phénomène
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . gravitation.
.........................................................................
56 13. Gravitation et poids
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
c. La Lune exerce-t-elle une action sur la Terre ? Justifie.
. . . . Lune
. . . . . . . . et
. . . .la
. . . .Terre
. . . . . . . .sont
. . . . . . .en
. . . . .interaction
. . . . . . . . . . . . . . . . gravitationnelle.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .La
. . . . Lune
. . . . . . . . attire
. . . . . . . . . donc
. . . . . . . . la
. . . .Terre
. . . . . . . .(les
. . . . . .marées),
...............
La
mais
. . . . . . . cette
. . . . . . . . .action
. . . . . . . . . .est
. . . . .peu
. . . . . .visible
. . . . . . . . . .car
. . . . .la
. . . .masse
. . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . Lune
. . . . . . . . est
. . . . . plus
. . . . . . .faible
. . . . . . . . . que
. . . . . . .celle
. . . . . . . de
. . . . .la
. . . Terre.
...................
d. Comment varie l’attraction gravitationnelle entre deux corps ?
L’attraction
. . . . . . . . . . . . . . . . . gravitationnelle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . d’autant
. . . . . . . . . . . . . .plus
. . . . . . importante
. . . . . . . . . . . . . . . . . .que
. . . . . . la
. . . .masse
. . . . . . . . . des
. . . . . .corps
. . . . . . . . .est
. . . . .grande
. . . . . . . . . . .et
. . . .que
.....
la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . qui
. . . . . .les
. . . . .sépare
. . . . . . . . . .est
. . . . .petite.
.....................................................................................................
2 Le poids
3/ Poids d’une pomme
Agathe tient une pomme dans sa main. Elle lâche la pomme.
a. Pourquoi la pomme tombe-t-elle ?
La
. . . .pomme
. . . . . . . . . . . .tombe
. . . . . . . . . . car
. . . . . .elle
. . . . . .est
. . . . .attirée
. . . . . . . . . . par
. . . . . . la
. . . .Terre.
. . . . . . . . .La
. . . .Terre
. . . . . . . . exerce
.......................
une
. . . . . . action
. . . . . . . . . .à
. . .distance
. . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .la
. . . pomme.
...................................................................
b. Comment nomme-t-on cette action à distance ?
L’action
. . . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .Terre
. . . . . . . . sur
. . . . . la
. . . .pomme
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .le
. . . .poids
. . . . . . . . de
. . . . .la
. . . pomme.
.................................
...........................................................................................................
c. Représente, par un cercle, la position de la pomme sur le sol après sa chute. Trace la droite reliant
les positions de la pomme avant et après sa chute.
d. Quelle est la direction et le sens de cette action ?
Le
. . . . poids
. . . . . . . . .agit
. . . . . . .selon
. . . . . . . .une
. . . . . . direction
. . . . . . . . . . . . . . verticale
. . . . . . . . . . . . . dirigée
. . . . . . . . . . . .vers
. . . . . .le
. . . .bas.
............................................................
e. Choisis la bonne réponse.
Le poids de la pomme est l’action exercée par la Terre / pomme sur la Terre / pomme. C’est une action
de contact / à distance. Le poids s’exprime en newton / gramme et se mesure avec un dynamomètre /
une balance.
3 Poids et masse
4/ Relation entre le poids et la masse
Fatima mesure la masse et le poids des trousses de ses camarades. Elle obtient les valeurs suivantes :
Léa
Fanny
Amélie
Poids P (N)
3
4,5
6,7
Masse m (kg)
0,3
0,45
0,67
P
Rapport m
. 10
. . . . .N/kg
.........
.10
. . . .N/kg
..........
10
. . . . .N/kg
..........
a. Complète les phrases suivantes :
• La masse s’exprime en . . . . . . .kilogramme
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , de symbole . . .kg
. . . . . . Elle se mesure avec une . . . .balance
...............
• Le poids s’exprime en
. . . . .newton
...............,
de symbole . .N
. . . . Il se mesure avec un
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La photocopie non autorisée est un délit.
. . . .dynamomètre
.......................
13. Gravitation et poids 57
b. Complète le tableau en calculant le rapport P . Que peux-tu en déduire ?
m
P
Le
. . . . rapport
. . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .égal
. . . . . . .à
. . .10.
. . . . .Le
. . . . poids
. . . . . . . . .et
. . . .la
. . . masse
. . . . . . . . . .sont
. . . . . . .proportionnels.
.................................................................
m
c. Comment appelle-t-on le coefficient de proportionnalité liant P et m ? Quel est son symbole ?
Quelle est sa valeur au voisinage du sol terrestre ?
Le
. . . . coefficient
. . . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .proportionnalité
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .liant
.......P
. . .et
. . . .m
. . . .est
. . . . .appelé
. . . . . . . . . . intensité
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .pesanteur.
......................................
Son
. . . . . . symbole
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .g.
. . . .Au
. . . . .voisinage
. . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .sol
. . . . .terrestre,
. . . . . . . . . . . . . . sa
. . . .valeur
. . . . . . . . . .est
. . . . .g
. . .=
. . .10
. . . .N/kg.
...........................................
d. Écris la relation liant le poids P, la masse m et le coefficient g. Indique les unités.
. . . . poids
. . . . . . . . .d’un
. . . . . . . objet
. . . . . . . . .est
. . . . .égal
. . . . . . .au
. . . . .produit
. . . . . . . . . . . de
. . . . .sa
. . . .masse
. . . . . . . . . par
. . . . . .l’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . pesanteur
. . . . . . . . . . . . . . . .:. .P. . =
. . .m
. . . •. .g,
...........
Le
. . . . . . .P
. . .en
. . . . .newton,
. . . . . . . . . . . . .m
. . . en
. . . . .kilogramme
. . . . . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .g
. . .en
. . . . newton/kilogramme.
..............................................................................
avec
e. Calcule le poids de la trousse de Fatima sachant qu’elle pèse 290 g.
m
. . . .=. . .290
. . . . . .g. . ;. . soit
. . . . . . :. .0,29
. . . . . . .kg.
...............................................................................................................
g. . .=. . .10
. . . .N/kg,
. . . . . . . . .d’où
. . . . . . .P
. . .=. . m
. . . .•. .g. . =
. . . 0,29
. . . . . . .ⴛ
. . . .10
. . . .=
. . .2,9
. . . . .N.
..............................................................................
Le
. . . . poids
. . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .trousse
. . . . . . . . . . . de
. . . . .Fatima
. . . . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . .2,9
. . . . . newtons.
.................................................................................
Exercices d’application
1/ Gravitation
a. Quelle est la trajectoire du satellite autour de la Terre ?
Le
. . . .satellite
. . . . . . . . . . . . tourne
. . . . . . . . . . .autour
. . . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .Terre,
. . . . . . . . .il
. . .décrit
. . . . . . . . .une
. . . . . . trajectoire
..................
circulaire
. . . . . . . . . . . . . .appelée
. . . . . . . . . . . . orbite.
.................................................................
b. Pourquoi le satellite reste-t-il au voisinage de la Terre ?
Le
. . . .satellite
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . attiré
. . . . . . . . . par
. . . . . .la
. . . .Terre,
. . . . . . . . .la
. . . Terre
. . . . . . . . .exerce
. . . . . . . . . .une
. . . . . .action
..............
gravitationnelle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .le
. . . .satellite.
..........................................................
c. Le satellite exerce-t-il une action sur la Terre ? Cette action est-elle perceptible ?
Le
. . . . satellite
. . . . . . . . . . . . .exerce
. . . . . . . . . .une
. . . . . . action
. . . . . . . . . .à
. . .distance
. . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .la
. . . Terre,
. . . . . . . . . mais
. . . . . . . .son
. . . . . .action
. . . . . . . . . .n’est
. . . . . . . .pas
. . . . . perceptible
..............................
car
. . . . . le
. . . .satellite
. . . . . . . . . . . .a
. . .une
. . . . . .masse
. . . . . . . . . .beaucoup
. . . . . . . . . . . . . . .plus
. . . . . . .petite
. . . . . . . . . que
. . . . . . .la
. . . Terre.
..............................................................
d. Comment varie l’action de la Terre sur le satellite selon l’altitude ?
L’action
. . . . . . . . . . . .gravitationnelle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .Terre
. . . . . . . . sur
. . . . . .le
. . .satellite
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . d’autant
. . . . . . . . . . . . . .plus
. . . . . . .grande
. . . . . . . . . . .que
. . . . . . la
. . . .distance
.......................
qui
. . . . . .les
. . . . sépare
. . . . . . . . . . .est
. . . . .petite.
. . . . . . . . . . Cette
. . . . . . . . .action
. . . . . . . . . .diminue
. . . . . . . . . . . . .quand
. . . . . . . . . .l’altitude
. . . . . . . . . . . . . .augmente.
...................................................
2/ Poids d’un corps
Lucien lance un caillou vers le haut.
a. Pourquoi le caillou retombe-t-il ?
Le
. . . . caillou
. . . . . . . . . . .retombe,
. . . . . . . . . . . . . .car
. . . . .la
. . . .Terre
. . . . . . . .exerce
. . . . . . . . . .une
. . . . . . .action
. . . . . . . . . gravitationnelle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sur
. . . . . .le
. . .caillou.
......................................
58 13. Gravitation et poids
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
b. Quel nom peut-on donner à cette action ?
L’action
. . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . .Terre
. . . . . . . . sur
. . . . . .le
. . .caillou
. . . . . . . . . . .est
. . . . .le
. . .poids
. . . . . . . . .du
. . . . .caillou.
.........................................................................
c. Indique la direction et le sens de cette action.
Le
. . . . poids
. . . . . . . . .du
. . . . .caillou
. . . . . . . . . .est
. . . . .dirigé
. . . . . . . . . selon
. . . . . . . . .la
. . . .verticale
. . . . . . . . . . . . .du
. . . . lieu,
. . . . . . . .vers
. . . . . .le
. . . .bas.
.....................................................
3/ Exploiter une relation
a. Donne le nom et l’unité de chaque terme de la relation.
P = m•g
. . . . . . . . . . . . . . . .poids
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .masse
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .intensité
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .la
. . . pesanteur
............................
. . . . . . . . . en
. . . . .newton
. . . . . . . . . . . .(N)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .en
. . . .kilogramme
. . . . . . . . . . . . . . . . . . (kg)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .en
. . . . newton
. . . . . . . . . . . . .par
. . . . . kilogramme
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .(N/kg)
...............
b. Complète les égalités suivantes.
m=
P
g
.......
g = . . P. . . . .
m
4/ Astronaute
Sur Terre, un astronaute pèse 70 kg. Son équipement pèse 50 kg.
a. Calcule la masse, puis le poids de l’astronaute équipé sur Terre (g = 10 N/kg).
m
. . . .=. . .70
. . . .+
. . .50
. . . .=
. . .120
. . . . . .kg.
....................................................................................................................
P. . .=. . m
. . . .•. .g. . =
. . . 120
. . . . . .ⴛ
. . . .10
. . . .=
. . .1
. . .200
. . . . . .N.
.....................................................................................................
b. La masse de l’astronaute varie-t-elle selon le lieu de la mesure ? Justifie.
La
. . . . masse
. . . . . . . . . .de
. . . . l’astronaute
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .correspond
. . . . . . . . . . . . . . . . .à. . la
. . . .quantité
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .matière
. . . . . . . . . . . .qui
. . . . . le
. . . .compose.
............................................
Elle
. . . . . .ne
. . . . .dépend
. . . . . . . . . . . .pas
. . . . . du
. . . . .lieu
. . . . . . de
. . . . .la
. . . mesure.
................................................................................................
...............................................................................................................................................
c. Calcule le poids de l’astronaute sur la Lune (g = 1,6 N/kg).
m
. . . .=. . .70
. . . .+
. . .50
. . . .=
. . .120
. . . . . .kg.
....................................................................................................................
P. . .=. . m
. . . .•. .g. . =
. . . 120
. . . . . .ⴛ
. . . .1,6
. . . . .=
. . .192
. . . . . .N.
.......................................................................................................
d. Le poids de l’astronaute varie-t-il selon le lieu de la mesure ? Justifie.
Le
. . . . poids
. . . . . . . . .de
. . . . l’astronaute
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .l’action
. . . . . . . . . . . exercée
. . . . . . . . . . . . par
. . . . . .l’astre
. . . . . . . . . .où
. . . . .il. . se
. . . .trouve.
....................................................
L’action
. . . . . . . . . . . .exercée
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . .la
. . . Terre
. . . . . . . . .n’est
. . . . . . . pas
. . . . . .la
. . . .même
. . . . . . . . . .que
. . . . . .celle
. . . . . . . exercée
. . . . . . . . . . . . par
. . . . . .la
. . . .Lune.
.......................................
Le
. . . . poids
. . . . . . . . .varie
. . . . . . . .donc
. . . . . . . .selon
. . . . . . . . le
. . . .lieu
. . . . . . de
. . . . .la
. . . mesure.
........................................................................................
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13. Gravitation et poids 59
5/ Détermination de g
Léo désire mesurer la valeur de l’intensité de la pesanteur dans la salle de TP.
Il réalise avec sa trousse deux expériences.
expérience 1
expérience 2
P = 1,47 N
a. Que mesure-t-il lors de l’expérience 1 ? Nomme l’appareil de mesure et lis la valeur.
La
. . . . manipulation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . est
. . . . . une
. . . . . . .mesure
. . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . masse
. . . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .trousse.
...................................................................
L’appareil
. . . . . . . . . . . . . . .utilisé
. . . . . . . . . est
. . . . . .une
. . . . . .balance.
. . . . . . . . . . . . .La
. . . . masse
. . . . . . . . . .est
. . . . .de
. . . . 150
. . . . . . grammes.
.................................................................
b. Que mesure-t-il lors de l’expérience 2 ? Nomme l’appareil de mesure et lis la valeur.
La
. . . . manipulation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . est
. . . . . une
. . . . . . .mesure
. . . . . . . . . . . du
. . . . .poids
. . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .trousse.
.......................................................................
Léo
. . . . . .utilise
. . . . . . . . . .un
. . . . dynamomètre.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le
. . . . .poids
. . . . . . . . est
. . . . . de
. . . . .1,47
. . . . . . .newton.
.......................................................................
c. Calcule la valeur de l’intensité de la pesanteur g.
g. . .=. . . .P. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
m
avec
. . . . . . .P
. . .en
. . . . .newton
. . . . . . . . . . . .et
. . . .m
. . . en
. . . . .kilogramme.
........................................................................................................
Il. . .faut
. . . . . . .convertir
. . . . . . . . . . . . . la
. . . .masse
. . . . . . . . . .: . m
. . . .=
. . .150
. . . . . .g
. . .=
. . .0,15
. . . . . . .kg.
...............................................................................
g. . .=. . .1,47
. . . . . . .=
. . .9,8
. . . . .N/kg.
..........................................................................................................................
0,15
L’intensité
. . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .pesanteur
. . . . . . . . . . . . . . .du
. . . . .lieu
. . . . . .vaut
. . . . . . . 9,8
. . . . . .N/kg.
................................................................................
60 13. Gravitation et poids
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14 Énergie cinétique
Connaissances et capacités
• Savoir qu’un objet possède une énergie de mouvement et une énergie de position.
• Interpréter l’énergie de mouvement acquise par un objet dans sa chute par une diminution
de son énergie de position.
1
m • v 2.
• Exploiter la relation Ec =
2
• Savoir que la distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse.
Activités
1 Énergie de position et énergie de mouvement
1/ Chronophotographie d’une chute libre
Le document ci-contre est la chronophotographie d’une bille tombant en chute
libre. La bille est lâchée en position 1.
a. Qu’est-ce qu’une chronophotographie ?
Une
. . . . . . .chronophotographie
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .une
. . . . . . succession
. . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . photos
. . . . . . . . . . . prises
. . . . . . . . .à
. . .intervalles
.......................
1
2
d2
3
d3
4
d4
de
. . . . temps
. . . . . . . . . .réguliers.
.....................................................................................................
b. Comment varie la distance parcourue par la bille entre deux clichés
consécutifs ?
d1
5
d5
Entre
. . . . . . . . .deux
. . . . . . . .clichés
. . . . . . . . . .consécutifs,
. . . . . . . . . . . . . . . . . la
. . . .bille
. . . . . . .parcourt
. . . . . . . . . . . . . des
. . . . . .distances
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .plus
. . . . . . .en
. . . .plus
...........
grandes.
...................................................................................................................
c. Rappelle la relation qui permet de calculer une vitesse v, connaissant la
distance parcourue d et la durée t.
d
La
. . . .relation
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . :. . v
. . .=
. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
t
d. Comment varie la vitesse de la bille au cours de la chute ? Justifie.
6
d6
7
d7
La
. . . .durée
.........t
. . .entre
. . . . . . . . deux
. . . . . . . . clichés
. . . . . . . . . . .consécutifs
. . . . . . . . . . . . . . . . étant
. . . . . . . . .constante
. . . . . . . . . . . . . . .et
. . . .d
. . .augmentant,
.........................
la
. . . vitesse
. . . . . . . . . . .v. . augmente.
...................................................................................................
8
e. L’énergie de mouvement augmente avec la vitesse. Que peut-on en conclure ?
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .mouvement
. . . . . . . . . . . . . . . . . .augmente
. . . . . . . . . . . . . . . .au
. . . . cours
. . . . . . . . .de
. . . . la
. . . .chute.
.....................................................................
f. L’énergie de position est d’autant plus faible que l’altitude est faible. Comment varient l’énergie
de position et l’énergie de mouvement lors de la chute ?
Au
. . . . .cours
. . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .chute,
. . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .position
. . . . . . . . . . . . diminue
. . . . . . . . . . . . . et
. . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . mouvement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .augmente.
...........................
...............................................................................................................................................
2 Étude de l’énergie cinétique
2/ Expression de l’énergie cinétique
a. Rappelle l’expression de l’énergie cinétique d’un objet en mouvement de translation.
1
. . . . .objet
. . . . . . . . .de
. . . .masse
. . . . . . . . . .m
. . . et
. . . . animé
. . . . . . . . . .d’une
. . . . . . . . . vitesse
. . . . . . . . . . .v. . possède
. . . . . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . cinétique
. . . . . . . . . . . . . . .:. .E. c. . =
. . . . . . . .m
. . .•. .v. .2... . . . . . . . . . . . . .
Un
2
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14. Énergie cinétique 61
b. Quelles sont les unités utilisées ? Précise leurs symboles.
E. .c. .en
. . . . joule
. . . . . . . . (J),
.....m
. . . .en
. . . . .kilogramme
. . . . . . . . . . . . . . . . . .(kg)
. . . . . . .et
. . . .v. .en
. . . . .mètre
. . . . . . . . .par
. . . . . .seconde
. . . . . . . . . . . . .(m/s).
.................................................
3/ Calcul d’une énergie cinétique
a. Calcule l’énergie cinétique d’une balle de carabine de chasse, de masse m = 11 g sortant du canon
à la vitesse v = 860 m/s.
1
2
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .cinétique
. . . . . . . . . . . . . . de
. . . . .la
. . . .balle
. . . . . . . .est
. . . . .donnée
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . :. .E
. .c. .=
. . . . . . .m
. . . .•. v
. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Avec
. . . . . . . .m
...=
. . . 0,011
. . . . . . . . .kg
. . . . et
. . . .v
. . .=
. . .860
. . . . . .m/s
. . . . . ., . E
. .c. .=
. . . .4. . 068
. . . . . . .J.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b. Compare cette énergie à celle d’un athlète, de masse 80 kg, courant à la vitesse de 36 km/h lors
d’un 100 m. Conclus.
36 000
Pour
. . . . . . . .l’athlète,
. . . . . . . . . . . . . .m
. . .=
. . .80
. . . . kg
. . . . .et
. . . .v. . =
. . .36
. . . . km/h
. . . . . . . . .=. . . . . . . . . . . . . . .=. . .10
. . . .m/s
. . . . . .;. E
. . c. .=
. . .4
. . .000
. . . . . .J.
.......................................
3 600
La
. . . .balle
. . . . . . . .possède
. . . . . . . . . . . .une
. . . . . . énergie
. . . . . . . . . . . .cinétique
. . . . . . . . . . . . . .plus
. . . . . . .grande
. . . . . . . . . . .que
. . . . . .l’athlète,
. . . . . . . . . . . . . d’où
. . . . . . . .le
. . . danger
. . . . . . . . . . . qu’elle
. . . . . . . . . . .représente.
.................
...............................................................................................................................................
3 Sécurité routière et distance d’arrêt
4/ Calcul d’une distance d’arrêt
a. Définis la distance de réaction, la distance de freinage et la distance d’arrêt.
La
. . . . distance
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .réaction
. . . . . . . . . . . . est
. . . . . la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . .parcourue
. . . . . . . . . . . . . . . .entre
. . . . . . . .l’instant
. . . . . . . . . . . . .où
. . . . .le
. . .conducteur
. . . . . . . . . . . . . . . . . voit
. . . . . . .l’obstacle
..................
et
. . . .l’instant
. . . . . . . . . . . . .où
. . . . il
. . .commence
. . . . . . . . . . . . . . . .à
. . .freiner.
....................................................................................................
La
. . . . distance
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .freinage
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .la
. . . distance
. . . . . . . . . . . . .parcourue
. . . . . . . . . . . . . . . .à. . .partir
. . . . . . . . .de
. . . .l’instant
. . . . . . . . . . . . .où
. . . . l’on
. . . . . . .freine.
...............................
La
. . . . distance
. . . . . . . . . . . . .d’arrêt
. . . . . . . . . . .est
. . . . .la
. . . somme
. . . . . . . . . . . .de
. . . .la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .réaction
. . . . . . . . . . . . .et
. . . .de
. . . . la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .freinage.
............................
b. Un cyclomotoriste roule à 45 km/h. Son temps de réaction est de 1,1 s. Calcule sa distance de
réaction DR.
La
. . . . distance
. . . . . . . . . . . . .parcourue
. . . . . . . . . . . . . . . .est
. . . . .donnée
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . .la
. . .relation
. . . . . . . . . . . .d
. . .=
. . .v. .•. .t.
..............................................................
45 000
Avec
. . . . . . . .v. . =
. . .45
. . . . km/h
. . . . . . . . .=. . . . . . . . . . . . . . .=. . 12,5
. . . . . . . m/s
. . . . . . et
. . . .t. . =
. . .1,1
. . . . . s. . ;. . D
..R
. . .=
. . .12,5
. . . . . . .ⴛ
. . .1,1
. . . . .=
. . .13,75
. . . . . . . . .m.
..................................
3 600
...............................................................................................................................................
c. À cette vitesse, sur route sèche, la distance de freinage est de 14 m. Calcule la distance d’arrêt.
D
. .A
. . .=
. . .D
. .R. . +
. . .D
. . F. . . . . . . . . . . . . . .D
. .A
. . .=. . .13,75
. . . . . . . .+
. . .14
....=
. . . 27,75
. . . . . . . . .m,
. . . . soit
. . . . . . .environ
. . . . . . . . . . . .28
. . . .m.
.................................................
b. Que se passe-t-il si la route est mouillée ?
Si
. . . la
. . . .route
. . . . . . . . .est
. . . . .mouillée,
. . . . . . . . . . . . . .la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .freinage
. . . . . . . . . . . . . est
. . . . . plus
. . . . . . .grande
. . . . . . . . . . . et
. . . .la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . .d’arrêt
. . . . . . . . . . plus
....................
importante.
...............................................................................................................................................
5/ Calcul d’une distance de sécurité
Sur autoroute, on préconise une durée de sécurité de 2 s avec le véhicule que l’on suit.
À 130 km/h, quelle est la distance de sécurité correspondante ?
La
. . . . distance
. . . . . . . . . . . . .de
. . . . .sécurité
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .donnée
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . la
. . . .relation
. . . . . . . . . . . . :. .d
. . .=
. . .v. .•. .t.
...........................................................
130 000 . . .36,1
Avec
. . . . . . . .v. . =
. . .130
. . . . . .km/h
. . . . . . . .=
. . . . . . . . . . . . . . .=
. . . . . . .m/s
. . . . . .et
. . . .t. .=
. . .2. . s,
. . . on
. . . . .a
. . .:. .d. . =
. . . 36,1
. . . . . . .ⴛ
. . . .2. . =
. . . 72,2
. . . . . . .m.
.................................
3 600
Cette
. . . . . . . . .distance
. . . . . . . . . . . . correspond
. . . . . . . . . . . . . . . . . .à. . la
. . . .visibilité
. . . . . . . . . . . . .de
. . . .deux
. . . . . . . .bandes
. . . . . . . . . . . blanches
. . . . . . . . . . . . . .sur
. . . . .le
. . . .bord
. . . . . . . de
. . . . .la
. . . .chaussée.
.......................
62 14. Énergie cinétique
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
Exercices d’application
1/ Origine de l’énergie d’une centrale hydraulique
D’où provient l’énergie de mouvement de l’eau qui arrive sur les turbines d’une centrale
hydraulique ?
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .mouvement
. . . . . . . . . . . . . . . . . .de
. . . . .l’eau
. . . . . . . qui
. . . . . .arrive
. . . . . . . . . sur
. . . . . .les
. . . . turbines
. . . . . . . . . . . . .d’une
. . . . . . . . . centrale
. . . . . . . . . . . . .hydraulique
. . . . . . . . . . . . . . . . . .provient
................
de
. . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . de
. . . . .position
. . . . . . . . . . . . de
. . . . .l’eau
. . . . . . . .dans
. . . . . . . .le
. . .barrage.
....................................................................................
2/ Vrai ou faux ?
a. L’énergie cinétique se mesure en watt. . . . .Faux.
..........
b. Lorsque la vitesse d’un véhicule double, l’énergie cinétique est multipliée par quatre. . . . . . .Vrai.
..........
c. Lorsque deux véhicules roulent à la même vitesse, celui qui a une masse deux fois plus petite que
l’autre a une énergie deux fois plus petite. . . . . .Vrai.
.........
d. Pour calculer l’énergie cinétique, on doit exprimer m en kilogramme et v en km/h.
. . . .Faux.
..........
3/ Énergie cinétique d’un cyclomoteur
a. Quelle est l’énergie cinétique d’un conducteur de cyclomoteur de masse 50 kg, roulant à 40 km/h ?
1
2
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .cinétique
. . . . . . . . . . . . . . est
. . . . . .donnée
. . . . . . . . . . . par
. . . . . . :. .E
. .c. .=. . . . . . . m
. . . .•. v
. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
40 000 . . .11,1
Avec
. . . . . . . .m
...=
. . . 50
. . . . .kg
. . . . et
. . . .v. . .=. . 40
. . . . .km/h
. . . . . . . .=
. . . . . . . . . . . . . . .=
. . . . . . .m/s
. . . . . .; . . E
. .c. .=
. . .3. . 080
. . . . . . .J.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 600
b. Lors d’un accident, des tôles sont froissées, tordues, le conducteur peut subir des fractures, etc.
D’où provient l’énergie nécessaire à ces transformations ?
Lors
. . . . . . .d’un
. . . . . . . accident,
. . . . . . . . . . . . . .l’énergie
. . . . . . . . . . . . . .cinétique
. . . . . . . . . . . . . .s’annule
. . . . . . . . . . . . .brutalement.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .C’est
. . . . . . . .cette
. . . . . . . . .énergie
. . . . . . . . . . . .perdue
. . . . . . . . . . .qui
. . . . . .est
........
utilisée
. . . . . . . . . . . pour
. . . . . . . .provoquer
. . . . . . . . . . . . . . . .les
. . . . .dégâts
. . . . . . . . . . observés.
.............................................................................................
4/ Calcul d’une vitesse
a. Calcule l’énergie cinétique d’un camion, de masse 30 t, roulant en ville à 30 km/h.
1
2
L’énergie
. . . . . . . . . . . . . .cinétique
. . . . . . . . . . . . . . du
. . . . .camion
. . . . . . . . . . . .est
. . . . .donnée
. . . . . . . . . . . .par
. . . . . :. .E
. .c. .=
.......m
. . . .•. .v. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
30 000 8,3 m/s ; E = 1,04 ⴛ 106 J.
Avec
. . . . . . . .m
...=
. . . 30
. . . . .t. .=
. . .30
. . . .000
. . . . . .kg
. . . . .et
. . . .v. .=
. . .30
. . . .km/h
. . . . . . . .=
..............=
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .c. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 600
b. À quelle vitesse devrait rouler une Mégane de masse 1 300 kg pour avoir la même énergie
cinétique ?
1,04 ⴛ 106
1
E
. . . .•. v
. . 2. . .implique
. . . . . . . . . . . . .v
. . .=. . . . .2. . . .c. ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .v. .=
. . . . .2
. . .ⴛ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .=. . . 40
. . . . .m/s
. . . . . ;. . soit
. . . . . . 144
. . . . . . km/h.
.................
E. .c. .=. . . . . . . m
1 300
2
m
π
π
...............................................................................................................................................
© Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau.
La photocopie non autorisée est un délit.
14. Énergie cinétique 63
5/ Sécurité routière
a. Complète ce tableau en justifiant tes calculs (arrondis au mètre près). Tu prendras 1 s pour
le temps de réaction dans tous les cas.
vitesse
distances de réaction
50
14 m
........................
90
25 m
........................
130
distances de freinage
distances d’arrêt
30 m
........................
42 m
........................
77 m
........................
116 m
........................
145 m
........................
36 m
........................
221 m
........................
•. . .v. .=. . .50
. . . .km/h
. . . . . . . .=
. . .13,9
. . . . . . .m/s
. . . . . .;. .D
. .R. . =
. . .v
. . •. .t.R. .=13,9
. . . . . . . . .ⴛ
. . . .1. .=
. . .13,9
. . . . . . .m,
. . . . soit
. . . . . . .:. 14
. . . . .m.
. . . . . . . . . .D
. .A. . .=. . D
. . .R. .+
. . .D
. .F. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sur
. . . . . .route
. . . . . . . . sèche
. . . . . . . . . :. .D
. .A
. . .=
. . .14
. . . .+
. . .16
. . . .=
. . .30
. . . . .m
. . . ;. .sur
. . . . . route
. . . . . . . . .mouillée
. . . . . . . . . . . . . .:. D
. . .A. . =
. . .14
....+
. . . 28
. . . . .=. . 42
. . . . .m.
..............................
•. . .v. .=. . .90
. . . .km/h
. . . . . . . .=
. . .25
. . . . .m/s
. . . . . ;. .D
. .R
. . .=. . v
. . .•.t. R
. . .=. . 25
. . . . .ⴛ
. . .1
. . .=
. . .25
. . . .m.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .D
. .A. . .=. . D
. . .R. .+
. . .D
. .F. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sur
. . . . . .route
. . . . . . . . sèche
. . . . . . . . . :. .D
. .A
. . .=
. . .25
. . . .+
. . .52=
. . . . . .77
. . . . .m
. . . ;. .sur
. . . . . route
. . . . . . . . .mouillée
. . . . . . . . . . . . . .:. D
. . .A. . =
. . .25
. . . . .+. . 91
. . . . .=. . 116
. . . . . . .m.
.............................
•. . .v. .=. . .130
. . . . . .km/h
. . . . . . . .=
. . .36,1
. . . . . . .m/s
. . . . . .;. D
. . .R. .=
. . .v. .•. t. .R. .=
. . .36,1
. . . . . . .m
. . . ;. . .soit
. . . . . . :. .36
. . . . m.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .D
. .A. . .=. . D
. . .R. .+
. . .D
. .F. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sur
. . . . . .route
. . . . . . . . sèche
. . . . . . . . . :. .D
. .A
. . .=
. . .36
. . . .+
. . .109
. . . . . .=
. . .145
. . . . . .m
. . . .;. sur
. . . . . .route
. . . . . . . . .mouillée
. . . . . . . . . . . . .:. .D
. .A
. . .=. . .36
. . . .+
. . .185
. . . . . .=
. . .221
. . . . . .m.
.......................
b. Justifie que la distance d’arrêt n’est pas proportionnelle à la vitesse.
Si
. . . la
. . . .distance
. . . . . . . . . . . . .d’arrêt
. . . . . . . . . . était
. . . . . . . .proportionnelle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .à. . .la
. . .vitesse,
. . . . . . . . . . .à
. . .100
. . . . . .km/h
. . . . . . . . elle
. . . . . . serait
. . . . . . . . . égale
. . . . . . . . .à
. . .deux
. . . . . . . .fois
............
celle
. . . . . . . calculée
. . . . . . . . . . . . .à
. . .50
. . . .km/h,
. . . . . . . . .soit
. . . . . .:. .2
. . .ⴛ
. . .30
. . . . .=. . 60
. . . . .m
. . . sur
. . . . . .route
. . . . . . . . sèche.
. . . . . . . . . .Or
. . . . .cette
. . . . . . . .distance
. . . . . . . . . . . . .est
. . . . .déjà
. . . . . . .égale
................
à. . .77
. . . .m
. . . .à. . 90
. . . . .km/h.
.............................................................................................................................
6/ Prépare ton ASSR
Entoure les bonnes réponses.
• Q1. Sur un scooter, la limite de vitesse est de :
A. 45 km/h ;
B. 50 km/h ;
C. 60 km/h.
• Q2. Conduire après usage de drogue peut entraîner :
A. une amende de 4 500 euros ;
B. une suspension de 3 ans du permis ;
C. une peine de prison de 2 ans :
D. un retrait de 6 points de permis.
• Q3. Les forces de l’ordre peuvent immobiliser un cyclomoteur en cas :
A. d’absence de casque ; B. d’absence d’assurance ; C. d’augmentation de la puissance du moteur.
• Q4. Le non-port du casque peut entraîner :
A. une amende ;
B. l’immobilisation du véhicule ;
C. le retrait du BSR.
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