Physique II : 1S Circuits électriques en courant continu

Physique II : 1S
Circuits électriques en courant continu
Exercices d’application
Exercice 1 :
Le moteur d’une perceuse visseuse-dévisseuse sans fil est alimenté par une batterie d’accumulateurs sous une
tension de 14,4 V. La puissance maximale du transfert d’énergie de la batterie au moteur est égale à 21,6 W.
Le rendement du moteur atteint 75 %.
1. Calculer la puissance utilisable par le moteur de cet outil.
2. On utilise cette perceuse en visseuse pour insérer une vis dans une plaque en bois.
L’opération nécessite 4,0 s, et l’intensité moyenne du courant parcourant son moteur est I = 1,5 A.
Complète le schéma énergétique visualisant les transferts d’énergie entre le moteur et son environnement lors
de cette opération, en calculant chacun d’entre eux.
Exercice 2 :
Lors d’une séance de TP, un groupe d’élèves de Lycée étudie une pile plate de 4,5 V afin de déterminer
expérimentalement sa f.e.m E et sa résistance interne r.
Ils réalisent le montage ci-dessous :
1
(E,r)
R
2
Rp
L’intensité du courant est contrôlée par un rhéostat (0-100 ; 2A max).
Une résistance de protection Rp (12 ; 2W) est présente dans le circuit. Ils disposent en outre de deux
multimètres.
1. Reproduire le schéma en faisant apparaître le sens du courant et la tension aux bornes des différents dipôles.
Schématiser les multimètres permettant de mesurer l’intensité du courant débitée par la pile et la tension aux
bornes de celle-ci.
2. Quel est le rôle de la résistance de protection Rp.
3. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau suivant :
I (mA)
0
50
100
150
200
250
300
UPN (V)
4,5
4,4
4,3
4,2
4,1
4,0
3,9
a) Tracer la caractéristique UPN = f(I) de la pile plate.
b) En expliquant votre méthode, en déduire la f.e.m E et la résistance interne r de la pile.
4. Le groupe d’élèves introduisent la pile étudiée précédemment dans une lampe de poche dont l’ampoule à
incandescence porte sur son culot les indications suivantes : (4,0 V ; 0,4 W).
Lorsque la lampe de poche fonctionne, la pile débite un courant d’intensité I = 100 mA.
a) Donner le nom et la signification des deux indications portés sur le culot de l’ampoule.
b) Pourquoi peut-on considérer que l’ampoule fonctionne dans des conditions convenables ?
c) Calculer la valeur de la résistance du filament de l’ampoule.
d) Faire un schéma énergétique visualisant les transferts d’énergie entre la pile et son environnement et
calculer la puissance de chacun d’entre eux.
e) Faire un schéma énergétique visualisant les transferts d’énergie entre l’ampoule et son environnement et
calculer la puissance de chacun d’entre eux.
On supposera que le rendement de l’ampoule à incandescence est de 5%.
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Exercice 3 :
En appliquant la conservation de l’énergie, retrouver la loi d’additivité des tensions pour le circuit 1 et la loi des nœuds
pour le circuit 2.
A
I
°
B
UBC
UAD
-
E
UCD
°
Récepteurs
Circuit 1
I1
I2
I3
+
UAB
-
°C
°D
Générateur
A
I
UAB
+
E
°
°B
Générateur
Récepteurs
Circuit 2
Exercice 4 :
Une alimentation stabilisée en tension, de f.e.m E = 5,0 V et de résistance interne nulle est utilisée pour alimenter
deux conducteurs ohmiques de résistances respectives R1 = 100  et R2 = 470 .
1. les deux conducteurs ohmiques sont branchés en série entre les bornes du générateur.
a) Faire un schéma du montage.
b) Calculer la résistance équivalente Réq du montage.
c) En appliquant la loi d’Ohm, calculer l’intensité I du courant débité par l’alimentation stabilisée.
d) Calculer la tension UAB aux bornes de l’ensemble des deux conducteurs ohmiques.
e) Que devient l’intensité du courant I débité par l’alimentation, si on ajoute un troisième conducteur ohmique
de résistance R3 = 10 k en série ?
2. Les deux conducteurs ohmiques R1 et R2 sont branchés en dérivation entre les bornes de l’alimentation.
a) Faire un schéma du montage.
b) Calculer la résistance équivalente Réq du montage.
c) En appliquant la loi d’Ohm, calculer l’intensité du courant débité par l’alimentation.
d) Calculer les intensités des courants I1 et I2 traversant chacun des conducteurs ohmiques.
e) Que devient l’intensité du courant I débité par l’alimentation, si on ajoute un troisième conducteur ohmique
de résistance R3 = 1,0 k en dérivation ?
3. Associer à chaque montage (en série ou en dérivation) l’affirmation correspondante :
Affirmation 1 :
La résistance équivalente est toujours plus petite que la plus petite des résistances du circuit.
Affirmation 2 :
La résistance équivalente est toujours plus grande que la plus grande des résistances du circuit.
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