SCT 4061 Activité d`analyse d`une cafetière électrique

Document réalisé par Djamel Bennada (CSDA) et par Daniel Lalande (CSSMI),
formateurs-accompagnateurs pour les programmes de Science et Technologie.
SCT 4063-2
Analyse cafetière électrique
Solutionnaire

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formateurs-accompagnateurs pour les programmes de Science et Technologie.
1- Comment s’appelle la force qui pousse les bulles de vapeur à
monter dans les conduits de la cafetière?
La poussée d’Archimède
2- Définir la nature de la liaison entre la barre de support et l’élément
chauffant.
Indirecte et démontable puisque la barre est maintenue en place au
moyen de deux vis ancrées dans le boîtier de la cafetière. Complète,
car aucun mouvement n’est prévu entre les pièces. Rigide car aucune
déformation n’est prévue entre les pièces
3- Pourquoi le témoin lumineux et l’élément chauffant sont-ils placés en parallèle dans le
circuit électrique de la cafetière?
Pour permettre au témoin lumineux de fonctionner et indiquer la mise en marche de
la cafetière malgré l’arrêt du fonctionnement de l’élément chauffant par
l’interrupteur thermique.
4- D’après vous, un élément chauffant doit-il avoir une forte ou une faible résistance?
Pourquoi?
Une faible résistance pour garder une intensité maximale (Pj = RI2)
5- Quel est le dispositif qui maintient le café à une température constante? Expliquez son
fonctionnement.
Ce dispositif est l’interrupteur thermique. Il est composé d’un petit disque en acier
bombé, d’une tige-poussoir et de contacts platinés. Lorsque le disque est chauffé à
une température déterminée, le disque se déforme, pousse sur la tige qui, à son tour,
pousse sur un contact pour ouvrir le circuit. Lorsque la température baisse, le
disque reprend sa forme originelle, les contacts se retouchent et le circuit est à
nouveau fermé.
6- L’interrupteur thermique d’une cafetière est défectueux. À mesure que l’eau s’évapore
du conduit de l’ensemble chauffant, ce dernier voit sa température augmenter. Que va-t-il
se produire?
Le thermo-fusible provoquera une coupure du courant causée par la surchauffe. De
cette manière, on évite les risques d’incendie.

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7- Quelles sont les caractéristiques de l’élément chauffant susceptibles d’augmenter la
quantité de chaleur servant à chauffer l’eau?
L’élément chauffant qui devra permettre de diffuser un maximum de chaleur, devra
justifier l’usage d’un matériau à faible résistivité et aux dimensions conséquentes
(longueur, section) selon la formule (R = ρL/ A) intégré dans un élément caloporteur dont
la forme et le matériau maximise le transfert de chaleur vers l’eau.
8- Dessiner le schéma du circuit électrique de la cafetière en prenant soin de nommer les
composants.
240 o F
216 o F

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9- Une cafetière électrique comporte sur sa fiche signalétique, les indications suivantes :
Type 4650 HD
120V~ 60Hz
650W
a) Dans le tableau ci-dessous, donnez les noms des deux grandeurs physiques et des
unités associées à 120 V et 650W.
Donnée
Nom de la grandeur
Nom de l’unité
120 V
Tension
Volt
650W
Puissance
Watts
b) Calculer l'intensité I du courant qui alimente la cafetière en fonctionnement.
Arrondir le résultat au centième près.
P = UI
I = P/U = 650W ÷ 120V = 5, 42 A
c) Calculer l'énergie E (en KWh) consommée par la cafetière, si elle est en fonction
pendant 5 minutes (durée de l’infusion). Arrondir le résultat au centième près.
E = PT = 650W x 5/60 h = 54,17 Wh = 0,05 KWh
d) Sur l’élément chauffant de la cafetière, on lit l’inscription
suivante: 120V; 600W.
Calculez l’intensité du courant ainsi que la résistance de
l’élément chauffant. Arrondir le résultat au centième près.
P = UI
I = P/U = 600W ÷ 120V = 5,00 A
P = RI2
R = P/ I2 = 600W ÷ (5A) 2 = 24Ω

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Suggestion d’activités supplémentaires pour l’enseignant
Activité 1 :
Introduire une défectuosité dans le circuit électrique et demander aux élèves de trouver le
composant responsable.
Suggestions : - Placer un thermofusible défectueux dans le circuit
- Placer un commutateur défectueux dans le circuit
- Placer un interrupteur thermique (toujours ouvert) dans le circuit
- Placer un témoin lumineux défectueux dans le circuit
- Placer un témoin lumineux en série avec le pseudo élément chauffant
- Placer un élément chauffant (pseudo) défectueux dans le circuit
- Prendre une source de courant défectueuse
Activité 2 :
Fournir aux élèves les composants électriques et leur demander de reproduire le circuit de
la cafetière