Exercices - Chapitre 3 - Resistance

On veut mesurer la tension en fonction de l’intensité d’un
composant électrique.
1. Dessiner le schéma du circuit permettant cette mesure.
2. Compléter le dessin en dessinant les fils entre les différents
composants ci-contre.
Chapitre 3 : La résistance électrique
Exercice 1 :
d’expérience
Livre 10 p 150 : Retrouve des résultats
+ COM 10A
Florence réalise les 3 montages schématisés (fig. 1, 2 et 3)
avec des générateurs et des lampes identiques. Pour faire de
compte rendu de ses expériences à la maison, elle note au
brouillon les valeurs des intensités mesurées : 120 mA, 310
mA et 220 mA.
Au moment de rédiger son compte-rendu, Florence ne se
souvient plus dans quel ordre elle a relevé ces mesures. Peuxtu lui expliquer à quel montage se rapporte chacune des
mesures ? Justifie tes choix.
Exercice 2 :
Un porte-clés avec DEL
La photographie ci-dessous présente un porte-clés muni d’une
diode électroluminescente (DEL) qui s’allume quand on
appuie sur un petit interrupteur.
Résistance
+
-
3. On a effectué les mesures d’intensité pour différentes
valeurs de tension aux bornes d’un composant. Les résultats
sont reportés dans le tableau
U (V)
I (A)
ci dessous. Tracez la courbe
0,00234
0
de la tension (axe vertical) en
3,615
0,000002
fonction de l’intensité (axe
5,28
0,01422
horizontal) avec la courbe
5,867
0,1413
finale. On prendra 1 cm pour
6,023
0,33
0,1 A et 1 cm pour 1 V.
6,22
0,64
4. Le composant ci-dessus est-il une résistance (justifier) ?
Exercice 6 :
Livre 7 p 162 : reconnaître la
caractéristique d’un résistor
Clémence regarde par curiosité dans le cahier d’électricité de
son grand frère. Sur une page, elle y voit ces quatre
graphiques.
+
Une DEL pour s’allumer n’a besoin que d’une intensité est
trop importante.
1.
Quel composant va-t-on utiliser pour protéger cette
DEL ?
2.a.
Schématiser le circuit électrique de ce porte-clés.
2.b.
Les différents composants de ce circuit de ce circuit
doivent-ils être associés dans un certain ordre ?
3.
Peut-on mesurer la valeur de la résistance utilisée
sans démonter le circuit ?
Exercice 3 :
Une lampe halogène
Schéma 1
1. Le schéma 1 montre le circuit électrique
d’une lampe halogène avec variateur de
lumière. Le variateur modifie la valeur de
G
la résistance. Expliquez comment en jouant
sur le variateur, on baisse l’éclat de la
lampe.
2. On place dans un circuit 3 différents
conducteurs. On mesure la résistance de chaque conducteur et
l’intensité qui la traverse. Reliez chaque valeur de résistance
avec l’intensité qui lui correspond.
Résistance (Ω)
Intensité (mA)
47 •
• 256
375 •
• 32
107 •
• 112
Exercice 4 :
Livre 5 p 161 : La loi d’Ohm
a.
Enonce la loi d’Ohm puis exprime-la sous trois
formes différentes.
b.
Quelles grandeurs représentent les lettres U, I et R ?
Quelles sont les unités de ces trois grandeurs ?
Exercice 5 :
Mesure sur un composant
Générateur ajustable
+ COM 10A
a.
Les courbes ci-dessus caractérisent-elles le même
dipôle ? Justifie ta réponse.
b.
Quelle est celle qui a été obtenue avec un résistor ?
Justifie ta réponse.
Exercice 7 :
Un autre composant
1. On a effectué les mesures d’intensité pour différentes
valeurs de tension aux bornes d’un second composant. Les
résultats sont reportés dans le tableau ci-contre. Montrez à
partir de ces données que ce composant est une résistance.
U (V)
I (A)
1
0,014
3
0,041
5
0,068
2. Calculez la valeur de cette résistance.
Exercice 8 :
Livre 3 p 161 : Tracé la caractéristique
d’un dipôle
Amir et Mathieu ont mesuré la tension U aux bornes d’un
dipôle et l’intensité I du courant qui le traverse. Leurs
résultats sont notés dans le tableau suivant.
a.
Trace la caractéristique de
ce dipôle. Tu
prendras comme échelle :
- ordonnées : 1 cm pour 1 V
- abscisse : 1 cm pour 20 mA
Tension (V)
0
2
4,5
6
7,5
9
Intensité (mA)
0
42
96
124
158
190
b.
Calcule de quotient U/I pour chaque couple de
valeur, sauf pour (0,0). Que remarque-tu ?
c.
Ce dipôle est-il un résistor ? Justifie ta réponse.
Exercice 9 :
Le bon choix
2.
Parmi les
1.
Parmi les montages
électriques présentés ci-dessous, caractéristiques présentées cidessous, laquelle correspond
lequel permet le tracé d’une
caractéristique ?
à un conducteur ohmique ?
Exercice 10 :
Un tableau à compléter
Complète le tableau de mesures concernant quatre dipôles
ohmiques différents
U (V)
4
5
0,32
I (mA)
500
30
40
R (Ω)
18
40
Exercice 11 :
Livre 10 p 162 : Exploiter une
caractéristique
Ce graphique représente la caractéristique d’un résistor.
a.
Détermine graphiquement l’intensité qui parcourt
le résistor s’il est soumis à une tension de 6 V.
b.
Quand l’intensité vaut 225 mA, que vaut la tension
aux bornes du résistor ?
c.
Calcule la résistance de ce résistor.
Exercice 12 :
Livre 8 p 162 : Appliquer la loi d’Ohm
a.
Florence connecte une pile « plate » aux bornes d’un
résistor R1 = 220 Ω. La tension à ses bornes vaut alors 4,4 V.
Calcule l’intensité du courant qui parcourt le résistor.
b.
Elle change ensuite de pile et constate que l’intensité
qui traverse le résistor est de 41 mA. Calcule la tension aux
bornes du résistor. A-t-elle utilisé une pile « rectangulaire » 9
V ou une pile « ronde » 1,5 V.
c.
Florence utilise maintenant un autre résistor R2 avec
une pile « rectangulaire ». La tension aux bornes du résistor
vaut alors 8,9 V et l’intensité du courant 19 mA. R2 est-il un
résistor de 330 Ω ou 470 Ω ? Justifie ta réponse.
Exercice 13 :
La loi d’Ohm
1. Que peut-on dire sur la tension et l’intensité pour une
résistance (utilisez une phrase et pas de formule) ?
2. Quelle formule permet d’écrire la loi d’Ohm. (on indiquera
ce que représentent les lettres et les unités) ?
3. Calculez la tension aux bornes d'une résistance de 22 kΩ
parcourue par un courant d'intensité 0,003 A.
4. Calculez l'intensité du courant qui traverse une résistance
de 4700 Ω ayant 200 V à ses bornes.
Exercice 14 :
Dans une voiture
1. Le givre provient de l’eau contenue dans l’air qui se
solidifie sur les vitres de voiture lorsqu’elles sont très froides.
Sur les vitres arrière, il existe un système de dégivrage formé
de fils électriques fins dans lequel on fait passer du courant.
Expliquez comment ce système permet de faire disparaître le
givre.
2. Le système d’éclairage d’une voiture est composé de 4
lampes de 0,4 A, 1 lampe de 0,1 A pour le tableau de bord, 2
phares de 5 A et une lampe de 0,4 A éclairant la plaque
minéralogique arrière. Toutes ces lampes sont en dérivation.
Pour protéger efficacement le circuit, il faut prendre un
fusible qui le laisse fonctionner mais le plus petit possible.
Lequel choisir entre 5 A, 7,5 A, 10 A, 15 A, 20 A, 30 A et 60
A.
3. Que peut-il se produire si on avait utilisé un fusible de
2A?
4. Expliquez quel incident peut se produire sans fusible.
Exercice 15 :
Circuit électrique d’une voiture
Voici comment sont reliés la batterie, une lampe de phare, le
moteur des essuie-glaces et l’autoradio d’une voiture.
Un fil (de couleur bleu) de chaque dipôle est relié à la
carcasse métallique de la voiture.
1.
Les fils électriques ne forment pas de circuits fermés.
Comment les dipôles peuvent-ils fonctionner ?
2.
Les différents appareils de cette voiture sont-ils
montés en série ou en dérivation ?
3.
Quelle doit être la tension nominale de chaque
appareils ?
4.
Quelle intensité maximale peut traverser le moteur
des essuie-glaces ?
5.
Si le fusible de l’autoradio venait à griller, pourraiton le remplacer par un fusible de 10 A ? Pour quelle raison ?
6.
Que se passerait-il si un fil rouge venait
accidentellement à toucher la carrosserie ?
Correction
Exercice 16 :
Livre 10 p 150 : Retrouve des résultats
d’expérience
Le circuit 1 possède moins de dipôles que le circuit 2 : son intensité
est plus forte.
La résistance du circuit 2 est plus faible que celle du circuit 3 : son
intensité est plus forte.
Donc Fig. 1: 310 mA, Fig. 1: 220 mA et Fig. 3: 120 mA.
Exercice 17 :
Un porte-clés avec DEL
1.
Pour protéger cette DEL, on utilise une
- +
résistance que l’on branche en série avec la DEL.
2.a.
2.b. L’ordre des différents composants n’a pas
d’importance.
3.
On peut mesurer la valeur de la résistance
utilisée sans démonter le circuit, à condition
d’ouvrir l’interrupteur et de placer l’ohmmètre aux bornes de la
résistance.
Exercice 18 :
Une lampe halogène
1. En augmentant la valeur de Résistance
Intensité
résistance on baisse l’intensité du (Ω)
(mA)
courant et donc l’éclat de la
47 •
• 256
lampe
375 •
• 32
2.
107 •
• 112
Exercice 19 :
Livre 5 p 161 : La loi d’Ohm
a.
L’intensité qui traverse une résistance est proportionnelle à la
tension entre ses bornes.
U= R × I ; R = U ÷ I ; I = U ÷ R
b.
U est la tension aux bornes de la résistance (en V)
I est l’intensité qui traverse la résistance (en A)
R est la valeur de la résistance (en Ω)
Exercice 20 :
Mesure sur un composant
4. La courbe de la tension en fonction de l’intensité de ce composant
n’est pas une droite passant par l’origine. Donc, l’intensité qui
traverse se composant n’est pas proportionnelle à la tension entre ses
bornes. Donc ce n’est pas une résistance.
Exercice 21 :
Livre 7 p 162 : reconnaître la caractéristique
d’un résistor
a.
Non, les courbes ci-dessus ne caractérisent pas le même dipôle,
car elles n’ont pas la même forme.
b.
La courbe 4 a été obtenue avec un résistor car c’est une droite
qui passe par l’origine.
Exercice 22 :
Un autre composant
1.
U (V)
I (A)
U/I
1
0,014
1÷0,014=71,4
3
0,041
3÷0,041=73,1
5
0,068
5÷0,068=73,5
Le rapport entre la tension et l’intensité est quasiment constant.
La tension et l’intensité sont donc proportionnelles. Le
composant est donc une résistance.
2. La moyenne des valeurs U/I est de 73. La valeur de la résistance
est donc de 73 Ω.
Exercice 23 :
Massy tracé graphique 3 p 161 : Tracé la
caractéristique d’un dipôle
a.
A
I
+
G
V
-
1.
+ COM 10A
+ COM 10A
Générateur ajustable
Résistance
+
-
2.
3.
Tension
(V)
6
5
4
3
2
1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Intensité (A)
b.
Tension (V)
0
2
4,5
6
7,5
9
Intensité (mA)
0
42
96
124
158
190
U/I
0,0476 0,0469 0,0484 0,0475 0,0474
Les valeurs sont très proches.
c.
La tension et l’intensité sont proportionnelles. Ce dipôle est
donc une résistance.
Exercice 24 :
Le bon choix
1.
C’est le montage 2.
2.
C’est la caractéristique c.
Exercice 25 :
Un tableau à compléter
500 mA = 0,5 A ; U = R×I donc R = U÷I = 4÷0,5 = 8
U = R×I donc I = U÷R = 5÷18 = 0,278
0,278 A = 278 mA; 30 mA = 0,03 A ; U = R×I = 40×0,03 = 1,2
40 mA = 0,04 A ; U = R×I donc R = U÷I = 0,32÷0,04 = 8
U (V)
4
5
1,2
0,32
I (mA)
500
278
30
40
R (Ω)
8
18
40
8
Exercice 26 :
Livre 10 p 162 : Exploiter une caractéristique
a.
L’intensité est de 165 mA.
b.
La tension vaut 8,2 V.
c.
225 mA = 0,225 A
U = R×I donc R = U÷I = 8,2÷0,225 = 36
La résistance est de 36 Ω.
Exercice 27 :
Livre 8 p 162 : Appliquer la loi d’Ohm
a.
U = R×I donc I = U÷R = 4,4÷220 = 0,02
L’intensité est de 0,02 A.
b.
41 mA = 0,041 A
U = R×I = 220×0,041 = 9,02
La tension est de 9,02 V.
Il s’agit d’une pile 9 V.
c.
19 mA = 0,019 A
U = R×I donc R = U÷I = 8,9÷0,019 = 468
R2 est de 470 Ω.
Exercice 28 :
La loi d’Ohm
1. Il existe une relation de proportionnalité entre le courant qui
traverse une résistance et la tension aux bornes de celle ci.
2. U = R × I
U : tension aux bornes de la résistance (en V)
R : Valeur de la résistance (en Ω)
I : Intensité traversant la résistance (en A)
3. 22 kΩ = 22 × 1000 Ω = 22000 Ω
U=R×I= 22000×0,003 = 66 V
La tension est de 66 V.
4. U=R×I donc I=U/R=200/4700=0,043 A.
L’intensité du courant est de 0,043 A.
Exercice 29 :
Dans une voiture
1. Les fils montrent une résistance au courant électrique. Ils
transforment l’énergie électrique en énergie thermique. Ils
s’échauffent donc lorsque le courant passe et font fondre le givre.
2. 60 A 4×0,4+1×0,1+2×5+0,4 = 12,1 A.
Il faut prendre le fusible juste au dessus : 15 A.
3. Le fusible va fondre lorsque tout fonctionnera ensemble.
4. Le fusible limite l’intensité du courant dans les fils. Un courant
trop important risque de traverser les fils qui peuvent s’échauffer et
provoquer un départ d’incendie.
Exercice 30 :
Circuit électrique d’une voiture
1.
Le circuit est fermé entre les fils par la carcasse métallique de
la voiture.
2.
Les appareils sont montés en dérivation.
3.
La tension nominale de chaque appareil doit être égale à 12 V,
la tension que délivre la batterie.
4.
Le circuit du moteur des essuie-glaces est protégé par un
fusible de 10 A, intensité maximale pouvant traverser ces essuieglaces.
5.
Il faut éviter de remplacer un fusible par un autre de valeur
plus importante. Une intensité trop grande pourrait alors traverser
l’appareil censé être protégé par le fusible et le détériorer.
6.
Un fil rouge, en touchant la carrosserie, provoquerait un courtcircuit. Traversé par une intensité trop forte, le fusible fondrait et
ouvrirait le circuit.