Circuit électrique

Électricité
Générateurs et récepteurs
1.
Vous trouvez un lot de petites ampoules (voir photo). Que signifient les indications
inscrites sur la partie métallique et reproduites dans l’annonce
?
« Lot de 24 ampoules à vis 2.2V 0.25A... »
2,2 V indique la tension nominale ou tension
d’utilisation. Pour obtenir un fonctionnement
correct de cette ampoule.
0,25 A (0,25 ampère) indique l’intensité du courant qui
traverse la lampe lorsqu’elle est alimentée avec la
tension nominale à ses bornes.
2. On branche une de ces ampoules sur une pile 9V. Elle brille d’un vif éclat, puis s’éteint.
Que s’est-il passé ?
C’est un cas de surtension. L’ampoule émet une lumière vive due à un très fort
échauffement de son filament, puis le filament est détruit. Pour une utilisation dans
des conditions normales, la tension appliquée aux bornes de l’ampoule devrait être
comprise entre 2,2V et 3 V (environs). En dessous de 2,2V, il y a sous-tension, la
lumière émise n’est pas de couleur normale.
3. Qu’est-ce qu’un générateur ?
Un système ou objet qui délivre de l’énergie sous forme de courant électrique grâce à
une transformation énergétique.
4. Qu’est-ce qu’un récepteur ?
Un système ou objet qui utilise de l’énergie électrique en la transformant en une autre
forme d’énergie
5. Représentez un récepteur suivant la schématisation internationale. (Voir
diaporama)
6. Existe-t-il différents types de générateur électrique ?
Exemples classés selon les caractéristiques du courant électrique délivré :
- alternatif (alternateur de bicyclette ou EDF),
- continu (dynamo, pile, accumulateur, cellule photovoltaïque).
7. Expliquez succinctement le principe de l’alternateur ?
Le déplacement d’un aimant devant une bobine fixe de fil de cuivre produit un
déplacement des électrons libres du métal donc la circulation d’un courant.
Dans la dynamo, c’est le déplacement de la bobine devant un aimant fixe. On récupère
un courant continu et non pas alternatif.
8. Dans quelles unités exprime-t-on les grandeurs qui caractérisent un générateur
électrique ?
La tension, qui est la différence d’état électrique entre deux points, en Volt,
L’intensité, qui est le débit du courant électrique, en Ampère (Coulomb par seconde),
La puissance, qui est l’énergie échangée par unité de temps, en Watt : c’est aussi le
produit des deux grandeurs qui précèdent pour un générateur de courant continu.
9. De quoi dépend l’intensité du courant dans un circuit électrique ?
De la tension du générateur et de la résistance de l’ensemble du circuit
10. De quoi dépend la durée de fonctionnement d’une pile ?
Des caractéristiques de la pile et de l’intensité du courant délivré (qui dépend du
circuit).
11. Pouvez-vous citer différents récepteurs en les classant par catégorie liée à
leur fonction d’usage ?
- production de chaleur : avec des résistances dans les fers à repasser, plaques
électriques, four, sèche-cheveux et éventuellement un autre type de
rayonnement associé à la chaleur (infrarouge) dans les lampes à incandescence
- production de travail ou de mouvement avec les moteurs électriques, et
éventuellement un autre type d’énergie associée (son) dans les buzzers et les
hauts parleurs
- production de rayonnement dans les micro-ondes, les téléphones, émetteurs
radios, lampe UV, tube néon et lampe basse consommation (voir aussi lampe à
incandescence où la lumière ne représente que 10 % de l’énergie consommée)
- Traitement de l’information
12. Complétez ce schéma d’ampoule de lampe de poche en
indiquant :
- le circuit électrique interne
- les noms des principales parties
- les points à connecter à une pile pour que l’ampoule brille
Plot, culot, filament, globe, gaz inerte, verre isolant
(Voir diaporama)
13. Donnez le symbole électrique d’une ampoule. (Voir diaporama)
14. Pourquoi est-ce qu’il n’y a pas d’air dans une ampoule à incandescence ?
Pour éviter la combustion du filament, due à sa combinaison avec l’oxygène de l’air.
Circuit électrique
15. Qu’est-ce qu’un circuit électrique ?
On appelle circuit électrique une chaîne de composants électriques comportant au
moins un générateur et un récepteur, assemblés entre eux pour assurer une fonction
spécifique. Ex : le circuit d’une lampe de poche a pour fonction de fournir un éclairage
autonome.
16. Représentez un circuit électrique ouvert et explicitez ses caractéristiques.
(Voir diaporama)
17. Faire le schéma électrique d’un montage pile et ampoule, avec une pile de 4,5V
montée en série avec une ampoule de 3,5 V-0,2 A. (Voir diaporama)
18. Dans quel sens circule le courant électrique ?
Sens conventionnel : du + vers le -, mais les électrons se déplacent du - au + dans un
métal.
19. * Interprétez à l’échelle microscopique ce qui se passe dans un solide ?
Les atomes comportent des électrons qui leur sont faiblement liés « électrons
libres ». En l’absence de tension électrique, ces électrons se déplacent de manière
désorganisée entre les atomes. Sous l’effet d’une tension électrique, ces électrons se
déplacent tous dans la même direction.
20. * Qu’est-ce qui circule dans les liquides qui assure une certaine conduction
électrique ?
Circulation d’ions, c’est à dire des atomes ou molécules chargés positivement ou
négativement.
21. Représentez un montage en série de trois ampoules avec une pile et indiquez un
inconvénient de ce montage ?
Inconvénient : si une ampoule est défectueuse ou mal connectée, les autres ne
s’éclairent plus.
22. Proposez un montage pour les trois feux stop d’une automobile
Montage en dérivation
23. Justifier ce montage (deux raisons)
Eviter la possibilité d’une panne globale su système ; obtenir une plus forte intensité
lumineuse de chaque ampoule.
24. Comment obtenir une tension de 4,5 V à partir de piles de 1,5 V ?
En montant les piles en série (exemple : dans une lampe torche).
25. Qu’est-ce qu’un isolant électrique ?
Matériau qui ne conduit pas l’électricité.
26. Quelle est l’unité de la résistance électrique ?
Ohm Ω
27. *Des fils métalliques ont toujours une certaine résistance électrique : de quels
paramètres peut-elle dépendre ?
D’une caractéristique du métal : sa conductivité ρ, de la longueur du conducteur, et de
la surface de sa section. R = ρx l/s
28. Citez quelques conducteurs.
Or, cuivre, laiton, acier. Conducteur médiocre : carbone.
29. Est-ce que l’eau est conductrice ou isolante ? Comment le prouver ?
L’eau est faiblement conductrice, elle l’est d’autant plus qu’elle contient des
impuretés. Expérience avec de l’eau à laquelle on ajoute du sel.
Qu’est-ce qu’un interrupteur ?
Un interrupteur est un composant qui permet d’ouvrir ou de fermer un circuit.
30. Quel intérêt y a t’il à monter deux interrupteur en série avec un récepteur ?
Pour assurer la sécurité d’utilisation d’un appareil, en obligeant à se servir des deux
mains pour mettre en route l’appareil (tondeuse à gazon, hachoir…) ou en interdisant
le fonctionnement si une condition n’est pas remplie (ex porte de lave vaisselle
fermée)
31. Citez deux appareils électroménagers qui utilisent ce principe.
32. Quel intérêt à monter deux interrupteur en dérivation avec un récepteur ?
Nommez un circuit électrique de ce type que l’on trouve dans une automobile.
Pour commander un appareil de deux endroits différents (ex circuit de lève vitres
passager)
Sécurité des personnes et des installations
33. Expliquez les dangers présentés dans les images et le texte ci-dessous.
« Le 13 juin dernier, un incendie dans une cage d'escalier de la cité des petits bard tue un
jeune homme et met à la rue 21 familles. Cet incendie, dont l'origine est selon les témoins un
court circuit électrique dans la colonne d'alimentation électrique de l'immeuble »
Les accidents liés au courant électrique peuvent être classés en deux catégories
- ceux liés à une surintensité dans les circuits en raison d’un court circuit ( court
circuit mettant en contact les deux phases de l’alimentation électrique,
branchement de trop nombreux appareils sur un circuit électrique dont les
conducteurs électriques sont de trop faible section). La surchauffe
qu’occasionne le passage d’un courant trop intense peut occasionner un incendie.
- Ceux liés à l’électrocution, c’est à dire à la traversée du corps humain par un
courant électrique.
33. Dans le cas du corps humain, le danger électrique est-il d’abord dû à la tension ou à
l’intensité de l‘électricité ?
D’abord à la tension, car les tissus vivants du corps humain sont d’autant plus
conducteurs que la tension qui leur est appliquée est élevée.
34. Quel est le principe de fonctionnement d’un fusible ?
Principe de fonctionnement d’un fusible : fusion d’un conducteur qui coupe le circuit en
cas de surintensité dans un conducteur.
35. Quel est son rôle ?
Il permet d’éviter le danger d’échauffement
36. Qu’est-ce qu’un court-circuit ?
Il y a court circuit lorsque deux bornes d’un diplôle sont reliées par un conducteur de
très faible résistance
37. Dessinez ou schématisez un montage pile ampoule ou l’ampoule est court circuitée par
un fil ou un interrupteur mal placé.
38. Quelle est la puissance dissipée par effet Joule dans un conducteur ?
P= U.I, avec U= R.I soit P= RI2
Cette puissance dissipée est donc proportionnelle au carré de l’intensité du courant qui circule
39. Quel est le principe de fonctionnement d’un disjoncteur différentiel ?
Coupe le courant de l’installation s’il y a une différence d’intensité entre la phase et le
neutre
40. Quel est son rôle ?
Protéger les personnes d’une électrocution.
41. Pourquoi transporte-t-on le courant sous haute tension ?
Pour limiter les pertes de puissance par effet joule.
42. Quelle est la tension que délivre EDF au disjoncteur, pour les particuliers ?
Dans quelle unité est facturée l’énergie par EDF ? Donner son équivalence en unité
internationale
230V.
L’énergie est facturée en kWh. Dans le système international, l’unité choisie pour
l’énergie est la joule. La joule est l’énergie échangée pendant une seconde, lorsque la
puissance est de 1 Watt, autrement dit 1J = 1W x 1s. Il y a 3600 secondes dans une
heure, par conséquent 1kWh = 1000 x 3600 J = 3,6 millions de joule.