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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 ..................................................................................................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. ....................................... ............................................................................................................................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. ........................................................................................................ © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. ........................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. 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. .................................................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 .......................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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. ........................................ ............................................................................................................................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. ....................................................................................................... © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. 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 . . . . . . .. . . . . . . . . . . . © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. .................................................. © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. 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. ........................................................................................ © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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 © Hachette Livre, Physique Chimie 3e, Cahier d’activités, collection Durandeau. La photocopie non autorisée est un délit. 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.
