La résistance et la résistance variable
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Module 4 L’électricité 1 L’électricité Énergie : la capacité de faire un travail (comme faire un mouvement ou relâcher de la chaleur). L’unité de mesure est le Joule (J). Sortes d’énergies Énergie lumineuse : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Nucléaire : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Potentielle Gravitationnelle : ___________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Cinétique : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Thermique : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Chimique : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2 Énergie Sonore : _______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie électrique : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Utilisez la figure 4.51, page 332 et décrivez les transformations de l’énergie qui se passent lorsqu’on allume une lumière, en commençant avant la centrale de charbon. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3 L’électricité statique Benjamin Franklin : La première personne à utiliser les termes « positif » et « négatif » pour décrire des objets qui sont chargés. À l’époque, il ne savait pas qu’il existait des protons et des électrons mais, il savait que des objets pouvaient avoir des charges opposées. Électricité Statique : _________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Le mot « statique » veut dire « ne bouge pas ». En réalité les charges électriques peuvent se déplacer. Pour cette raison, certaines personnes préfèrent utilisé le terme « charges non équilibrées » pour décrire des objets chargés. Lois des charges : 1. Des charges de signes semblables se repoussent. 2. Des charges de signes opposés s’attirent. 3. Les objets chargés attirent les objets neutres (sans charge) 4 Les Conducteurs : _____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Aluminium Cuivre L’or Le nickel La platine L’argent Le tungstène Les Isolants : __________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Coton Verre Papier Plastique Porcelaine Caoutchouc L’eau pure Semi-conducteur : _____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Supraconducteur : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ 5 Un Électroscope : _____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Une machine Van de Graaff : _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ Devoir : Explique avec un schéma la foudre et le fonctionnement d’un paratonnerre. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 6 L’électricité Dynamique : les électrons bougent! Circuit : un canal/chemin continu dans lequel les charges peuvent se déplacer. Les circuits se composent des quatre éléments de base suivant : 1. Une source d’énergie : comme une pile 2. Un conducteur : le fil dans lequel le courant circule 3. Une charge/résistance : des dispositifs, intégrés au circuit, qui convertissent l’énergie électrique en d’autre forme d’énergie 4. Une commande : un interrupteur où tout autre dispositif capable de mettre sous tension ou hors tension le circuit Symboles de Circuits Qu’est-ce que c’est? Un fil conducteur Une pile + / Une batterie Une ampoule Un interrupteur Une résistance Un Ohmmètre Un Ampèremètre et Galvanomètre Un voltmètre Un Moteur 7 Symbole Pile : __________________________________________________________________ Batterie : _____________________________________________________________ Interrupteur : _________________________________________________________ Résistance/charge : __________________________________________________ Règles pour dessiner un circuit : Les circuits ce dessine en forme de rectangle ou carré Les fils conducteurs sont en ligne droite et courbe en angle droit (90 degrés) Les fils conducteurs ne devraient pas se croiser si possible Fait et dessine le circuit suivant et indique le sens du courant électrique. Une batterie de 3 piles Un circuit dans lequel il y a une ampoule et un moteur. Le moteur et l’ampoule peuvent être contrôlé (allumé ou éteint) sans affecté l’autre. Dans le circuit que tu dessines, seulement le moteur est allumé. 8 L’électricité dynamique (bouge) Terminologie Explication Analogie: Route et voitures Courant Voltage Différence de Potentiel Tension *attention Résistance 9 L’eau et une rivière L’électricité dynamique Le courant (I) : ________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ La différence de potentiel/Tension/Voltage (V) : _____________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ La résistance (R) : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ 10 2 Types de Circuits Circuit en Série : _____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Tension : Le voltage ___________________________ entre toutes les composantes (ampoules/charges). Courant : Toutes les composantes _____________________________ courant. Si une charge brise, les autres charges _________________________________. Plus qu’il y a de d’ampoules, ___________________ qu’elles brillent. Parallèle : _____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Tension : Le voltage ________________________ entre toutes les composantes (ampoules/charges). Courant : Toutes les composantes _____________________________ courant. Si une charge brise, les autres charges _________________________________________. Plus qu’il y a de d’ampoules, elles brillent _________________________. 11 La Loi de Ohm Il y existe un rapport entre le courant, la tension et la résistance : R ()= __V_(V)_ I(a) Résistance = Tension Courant Étapes de résolution Quelle est la résistance d’un radiateur électrique si un courant de 12.5 A y circule lorsqu’il est branché à une prise murale de 120V? Quel est le courant total du circuit cidessus? Information donnée Qu’est-ce qu’on cherche? Quelle formule allons-nous utiliser? Calculs Réponse (Page 282 Questions 1 à 4) 12 La résistance et la résistance variable Lecture de la résistance (279-283) Un fil de ___________________ offre 400 fois plus de résistance qu’un fil de ___________________ Lorsque l’énergie électrique passe à travers une résistance, il est converti en une autre forme _______________(lumineuse, chaleur, etc.) Plus un fil est long, ____________ qu’il y aura de résistance. Plus un fil est large, ____________ qu’il y aura de résistance. Plus la température augmente, _______________ qu’il y a de résistance. Un bon conducteur offre ___________________ de résistance. Le symbole de la résistance est : ___________________. Dans les composants électroniques, les résistances sont utilisées pour contrôler le __________________ et la __________________. 13 Table : Les facteurs d’un fil électrique qui influence la résistance à l’intérieur du fil. Facteurs Effet sur la résistance Longueur Superficie de la section transversale Température Composition (matière utilisée) Résistances Variables Résistance Variable : une résistance qui n’a pas de valeur fixe. La valeur de la résistance peut changer selon : la température, la lumière, la tension, ou d’autres facteurs. Utilité : Gradateurs d’éclairage Contrôle de vitesse d’un moteur Contrôle du volume Régulateurs de températures des réfrigérateurs et cuisinières 14 Les Piles Électrochimiques de Alessandro Volta Électrodes : morceau de métal Anode : électrode qui deviendra chargé négativement en attirant des anions de la solution parce qu’il est positif. Le surplus d’électrons vont passer dans le fil conducteur vers le cathode. Cathode : électrode qui deviendra chargé positivement parce qu’il est négatif il attire des cations en solution. Les électrons sont attirés vers le cathode. Électrolyte : substance liquide ou pâteuse dans laquelle les électrodes sont placée. Pile Sèche : électrolyte est une pâte (Comme une pile Energizer) Pile Liquide : électrolyte est un liquide (Comme une pile de plomb d’une voiture) Conditions Importantes pour faire une pile électrochimique : __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Pile Primaire : _________________________________________________________ Pile Secondaire : _______________________________________________________ 15 L’électricité et le magnétisme Est-ce qu’il il a un lien entre l’électricité et le magnétisme? Christian Oersted a découvert que, OUI, les deux sont reliés. Hans Comment un courant électrique influence un compas? Pourquoi? _________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ Qu’est-ce qu’un électro-aimant? _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ Michael Faraday et Joseph Henry: Si un champ magnétique est créer avec un courant électrique! Est-ce qu’un courant électrique peut être créer avec champ magnétique? Une Génératrice _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ 16 Génératrices et Moteurs Générateur : un appareil qui converti de l’énergie mécanique en énergie électrique. Une génératrice fonctionne grâce à la découverte de la relation entre l’électricité et le magnétisme. Moteur : un appareil qui converti de l’énergie électrique en énergie mécanique. Courant Alternatif : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ Courant Continue : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ Génératrice à Courant Continue (Dynamos) et Moteur à Courant Continue Parties Importantes Balais : (conducteur) transfère l’électricité de la source d’énergie au commutateur. Commutateur : (interrupteur) transfère l’électricité des balais à l’induit, ce qui transforme celui-ci en électro-aimant. Induit : reçoit (électro-aimant) de l’énergie commutateur chargé et un négativement L’induit électrique du côté devient et l’autre positivement. Aimants Permanentes : Elles repoussent et attirent les extrémités de l’induit en le tournant. Les forces d’attraction et de répulsion entrainent la rotation de l’induit. 17 Génératrices à Courant Alternatif et Moteurs à Courant Alternatif Parties Importantes Rotor : une bobine rotative fait d’un anneau de fils conducteur non magnétique Stator : la composante qui entoure le rotor, (c’est un aimant) 18 La Puissance (Power) Puissance (P) : La puissance est l’énergie donnée par unité de temps mesurée en Watts (W). Puissance (W) P Étapes de résolution = Tension (V) x Courant (I) = VI Un courant de 13.6 A passe à travers une plaque chauffante alimentée par une prise murale de 110V. Quelle est la puissance de la plaque chauffante? Information donnée Qu’est-ce qu’on cherche? Quelle formule allons-nous utiliser? Calculs Réponse 19 Une ampoule de 80W utilise 120V pour fonctionner. Quel est le courant qui passe dans l’ampoule? L’Énergie L’énergie à l’entré: L'énergie électrique consommée par un appareil est égale au à puissance consommée par la durée de son fonctionnement. Ceci est l’énergie consommée ou donnée à l’appareil. L’énergie utile (sorti) : L’énergie électrique qui est vraiment transformé par l’appareil pour accomplir sa tache. On ne compte pas les pertes de chaleurs, la friction, etc. Énergie (J) = Puissance (W) x temps (secondes) E = Pt Étapes de résolution Une ampoule de 60W est allumée pendant 5h. Quelle quantité d’énergie est utilisée pendant que l’ampoule fonctionne? Information donnée Qu’est-ce qu’on cherche? Quelle formule allons-nous utiliser? Calculs Réponse 20 12 000 J d’énergie est consommée pour faire fonctionner un grille-pain pour 2minutes. Quelle est la puissance du grille-pain? Le Rendement % Aucun appareil électrique n’est capable de transformer toute l’énergie électrique qu’il absorbe en énergie utile reliée à sa fonction. Par exemple, une ampoule ne peut pas convertir toute l’énergie électrique qu’elle reçoit en lumière. Une certaine quantité est perdue sous forme de chaleur aussi. On peut calculer l’efficacité des appareils électriques. Ceci s’appelle le rendement. Rendement = énergie utile à la sortie x 100% énergie totale à l’entrée Étapes de résolution Il faut donner 145 000J d’énergie à un four pour le faire chauffer. 80 000J de l’énergie est utilisé pour chauffer le four. Quel est le rendement du four? Une bouilloire électrique de 100- watts prend quatre minutes pour que l’eau bouille. Si l’énergie nécessaire pour chauffer l’eau est de 196 000 J, quel est le rendement de la bouilloire? Information donnée Qu’est-ce qu’on cherche? Quelle formule allons-nous utiliser? Calculs Réponse Pratique : Page 329 (Questions 1 à 3) 21 Le chemin de l’électricité : de sa création à ta maison 22 Évaluer les différentes méthodes pour produire l’électricité Type Schéma Avantages Énergie Solaire Énergie Géothermique Les combustibles fossiles : le charbon, le gaz naturelle 23 Désavantages Type Schéma Avantages Énergie Nucléaire Éolienne Les barrages hydroélectriques 24 Désavantages Type Schéma Avantages Marée Motrice Biomasse Hydogène 25 Désavantages Nom Transfère d’énergie Fonctionnement et utilité Apparence/ schéma Transfère Fonctionnement et utilité Apparence/ schéma Thermocouple Génératrice Thermoélectrique (Thermopile) Effet Seebeck Cristal Piézoélectrique Nom 26 d’énergie Diode électroluminescente Poisson électrogène 27 28
