Table des matières La gravitation - Sainte

Table des matières
Solides, solutions et conduction ...............................................................................2
Des atomes aux ions......................................................................................................3
Reconnaître des ions en solution ..............................................................................4
L’électricité dans la matière .......................................................................................5
Les solutions acides et les solutions basiques. ....................................................6
Pile électrochimique......................................................................................................7
Synthèse d’espèces chimiques ..................................................................................8
L’alternateur et les centrales électriques................................................................9
Propriétés des tensions électriques ........................................................................10
Mesures à l’oscilloscope ...........................................................................................11
Le voltmètre en tension alternative .......................................................................12
Puissance et énergie électrique................................................................................13
La gravitation ......................................................................................... 14
Poids et masse ........................................................................................ 15
Énergie cinétique et sécurité routière ..................................................... 16
Chapitre C1
Solides, solutions et conduction
Écris ton nom en haut au crayon de papier, recopie le texte ci-dessous puis me rendre cette feuille Écrire en rouge
les expressions soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Les métaux usuels.
Les métaux peuvent être utilisés purs ou plus généralement mélangés à d’autres
constituants : on obtient un alliage.
Pour reconnaître les métaux, il est possible d’utiliser la couleur de certains d’entre eux
(cuivre, or) ou les propriétés magnétiques (fer, nickel). Les températures de fusion des métaux purs
sont parfaitement connues (le mercure est liquide à la température ordinaire).
La masse volumique des métaux constitue un autre test de reconnaissance des métaux purs.
2/
Comportement électrique des solides.
Tous les métaux testés conduisent le courant électrique. Cependant, la résistance varie d'un
métal à l'autre. Certains solides comme le graphite conduisent le courant. La résistance du graphite
est plus élevée que celle des métaux courants. Le sulfate de cuivre, le sel ou le sucre conduisent très
peu le courant, ce sont des isolants.
3/
Les solutions aqueuses.
Une solution est obtenue par dissolution d’un solide (le soluté) dans un liquide (le solvant).
L’eau est le seul solvant utilisé au collège.
L'eau pure et l'eau sucrée ne conduisent pas le courant : ce sont des isolants. L'eau du robinet
conduit un peu le courant électrique. Les solutions d'eau salée ou de sulfate de cuivre conduisent le
courant électrique.
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3_cours08 Ch C1 V1
Chapitre C2
Des atomes aux ions
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les expressions soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Les dimensions de l'atome.
L'atome a un diamètre de l’ordre du dixième de nanomètre (0,1 nm soit 10−10 m car
1 nm = 10−9 m). Il est constitué d'un noyau et d'électrons en mouvement autour du noyau. Les
électrons (symbole : e− ). Note que le signe négatif est placé en exposant) sont tous identiques.
Le noyau, 100 000 fois plus petit que l’atome, a une masse variable selon l'atome, mais elle
vaut des milliers de fois celle de l'électron : pratiquement toute la masse de l'atome est contenue
dans le noyau.
2/
Les charges électriques dans l’atome.
La charge positive « e » est appelée la charge élémentaire. Le noyau porte une charge
positive, multiple de « e ». Chaque électron porte une charge négative −e. L'atome est neutre : la
charge positive portée par le noyau compense exactement la charge négative de l'ensemble des
électrons.
3/
Structure atomique des métaux.
À l’œil nu, la surface d'un métal semble lisse et continue. Avec les microscopes les plus
performants, on observe des taches régulièrement disposées. À chaque tache correspond un atome.
Un métal est constitué d'un empilement ordonné d'atomes appelé cristal. Le cristal se répète un
grand nombre de fois. Les boules sont en contact les unes avec les autres.
4/
Les ions.
Un ion est un atome ou un groupement d'atomes qui a perdu ou qui a gagné un ou plusieurs
électrons. Un ion négatif a gagné des électrons.
Nom
Symboles
sulfate
SO42−
nitrate
NO3−
chlorure
Cl−
hydroxyde
OH−
Un ion positif a perdu un ou plusieurs électrons.
Nom
Symboles
sodium
Na
+
ferreux
Fe
2+
ferrique
Fe
3+
cuivre
Cu
2+
zinc
2+
Zn
hydrogène
H+
Un ion est monoatomique s'il est formé à partir d'un seul atome (Na+). Il est nommé
polyatomique s'il est formé à partir d'un groupement d'atomes (SO42−).
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3_cours08 Ch C2 V2
Chapitre : C3
Reconnaître des ions en solution
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1/
Test de reconnaissance de l’ion cuivre.
Expérience 1 : dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre, ajoutons quelques
gouttes d’hydroxyde de sodium (soude).
Observation 1 : il se forme immédiatement un précipité bleu qui tombe au fond du récipient ; ce
précipité est de l’hydroxyde de cuivre.
Conclusion 1 : en ajoutant quelques gouttes de soude à une solution de composition inconnue, la
formation d’un précipité bleu permet d’affirmer que la solution inconnue contient des ions cuivre.
2/
Interprétation de la formation d’un précipité.
Lors de la dissolution du sulfate de cuivre dans l’eau, les ions sulfate et les ions cuivre se
dispersent et s’ignorent les uns les autres : ils sont compatibles.
En mélangeant la solution précédente à de l’hydroxyde de sodium, qui contient des ions
sodium (Na+) et des ions hydroxyde (OH − ), les ions hydroxyde forment avec les ions cuivre un
solide (l’hydroxyde de cuivre) : on dit que les ions hydroxyde et les ions cuivre ne sont pas
compatibles. En revanche, les ions sodium et les ions sulfate sont compatibles.
3/
Test de reconnaissance des ions chlorure.
En présence d’ions argent (Ag+) provenant, par exemple d’une solution de nitrate d’argent
les ions chlorure forment un précipité blanc qui noircit à la lumière au bout de quelques minutes.
On peut dire que les ions argent ne sont pas compatibles avec les ions chlorure.
Si une solution inconnue X forme un précipité blanc lorsqu’on ajoute quelques gouttes d’une
solution de nitrate d’argent, on peut penser que la solution X contient des ions chlorure.
4/
Tableau résumé.
Il est possible de mettre en évidence la présence de quelques ions grâce à quelques tests
simples basés sur la mise en contact d’ions incompatibles :
Ion à tester
Formule de l’ion à
tester
Ion réactif
Formule de l’ion
réactif
Solution contenant
l’ion réactif
Couleur du
précipité
3_cours08 Ch C3 V1
cuivre
fer II
(ferreux)
fer III
(ferrique)
chlorure
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Cl−
Hydroxyde hydroxyde hydroxyde
Argent
OH−
OH−
OH−
Ag+
soude
soude
soude
nitrate d’argent
bleu
vert
rouille
blanc puis noircit
Chapitre : C4
L’électricité dans la matière
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1/
Le courant électrique dans les métaux.
Un ou deux électrons de chaque atome peuvent passer facilement d’un atome à l’atome
voisin. Ces électrons sont appelés des électrons libres et se déplacent en tous sens. Globalement, le
métal reste neutre car les électrons ne quittent jamais le solide. Dans un circuit électrique fermé, le
métal est soumis à l’influence du générateur. Le mouvement des électrons est modifié : les électrons
sont attirés par la borne + du générateur et repoussés par sa borne −. Ainsi, le déplacement des
électrons est le sens inverse du sens conventionnel du courant.
2/
Dissolution des solides ioniques.
Le sulfate de cuivre est un solide bleu contenant des ions sulfate incolores et des ions cuivre
bleus. Chaque ion sulfate comporte deux charges négatives et chaque ion cuivre deux charges
positives. Le solide se dissout dans l’eau pure pour donner une solution bleue.
Le permanganate de potassium est un solide violet très foncé. Il contient des ions potassium
incolores et des ions permanganate violets. Chaque ion potassium possède une charge positive et
chaque ion permanganate une charge négative. Le solide se dissout dans l’eau pure pour former une
solution violette.
Nous admettrons qu’en se dissolvant, les ions de ces solides se dispersent dans l’eau.
3/
Le courant électrique dans une solution.
Un circuit électrique comporte un générateur, un ampèremètre et deux tiges métalliques (des
électrodes) qui plongent dans un liquide. Si le liquide est de l’eau pure, l’ampèremètre ne mesure
aucun courant. Si le liquide est une solution de sulfate de cuivre, on constate qu’un courant traverse
le récipient.
L’expérience décrite à la page 95 du livre montre que les ions positifs se déplacent vers la
borne – du générateur et les ions négatifs vers sa borne + (Fig. 1 : La migration des ions).
Conclusion : le courant électrique dans une solution est dû au déplacement des ions présents
dans cette solution. Ce déplacement dépend du signe de la charge électrique portée par l’ion.
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3_cours08 Ch C4 V1
Chapitre : C5
Les solutions acides et les solutions basiques.
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1/
Le pH des solutions acides et basiques.
Le pH est un nombre qui caractérise l’acidité d’une solution. Il varie dans les solutions
aqueuses entre 0 et 14. Une solution dont le pH est de 7 est dite neutre ; une solution dont le pH est
inférieur à 7 (0 ≤ pH < 7) est dite acide ; une solution dont le pH est supérieur à 7 (7 < pH ≤ 14) est
dite basique.
2/
La conduction des solutions acides et basiques.
Deux électrodes en graphite reliées à un générateur et à un ampèremètre trempent dans une
cuve contenant une solution d’acide sulfamique : l’ampèremètre détecte un courant. Le résultat
aurait été le même si la cuve avait contenu une solution d’hydroxyde de sodium.
Les acides contiennent toujours des ions hydrogène (H + ) et les bases contiennent toujours
des ions hydroxyde (OH − ). Les ions assurent le passage du courant dans les solutions.
3/
Les dangers des solutions acides et basiques.
Les acides et les bases sont capables d’attaquer par contact la peau les muqueuses et les
yeux. Toute manipulation d’un acide concentré doit se faire en respectant des consignes de
sécurité :
1.
Travailler dans un local aéré avec des gants et des lunettes ;
2.
Diluer, si nécessaire, en versant l’acide ou la base dans l’eau et non l’inverse ;
3.
Bien reboucher les bouteilles de stockage et ne pas les laisser traîner ;
4.
Ne jamais jeter à l’évier des solutions dont le pH est plus petit que 6,5 ou plus grand que 8,5.
4/
Réaction à froid de l'acide chlorhydrique sur le fer.
La solution d'acide chlorhydrique (attention à l'orthographe de ce mot. Il est formé à partir de CHLORe
et de HYDRogène : il y a 2 "h") est un acide car elle a un pH inférieur à 7. En présence de fer (Fig. 1 :
Action de l'acide chlorhydrique sur le fer. Représente les dessins du 2ème cadre de la page 124 du livre),
l'acide chlorhydrique réagit avec dégagement gazeux, tandis que le métal diminue. Selon le réactif
en excès, la réaction s’arrête faute de métal ou d'acide.
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3_cours08 Ch C5 V1
Chapitre C6
Pile électrochimique
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1/
Solution aqueuse de sulfate de cuivre et lame de zinc.
Expérience 1 : une lame de zinc est plongée dans une solution de sulfate de cuivre.
Observation 1 : au bout d’un certain temps, la solution devient incolore et la lame de zinc se
recouvre d’un dépôt orange (Fig. 1 : réaction entre le sulfate de cuivre et le zinc. Représente par un
dessin la photographie B de la page 134 de ton livre).
Interprétation 1 : les ions cuivre se sont transformés en atomes de cuivre qui se sont déposés sur la
lame de zinc. Dans le même temps, les atomes de zinc se sont transformés en ions zinc.
Interprétation 1 : les réactifs ions cuivre et atomes de zinc donnent les produits ions zinc et atomes
de cuivre.
2/
Transformation chimique et énergie.
Expérience 2 : on relève la température d’une solution de sulfate de cuivre. On verse dans la
solution précédente une cuillérée de poudre de zinc. On agite le mélange et on relève à nouveau la
température.
Observation 2 : On observe que la température du mélange a augmenté.
Interprétation 2 : la transformation chimique s’accompagne d’un dégagement d’énergie thermique.
Les réactifs contiennent de l’énergie chimique. Le réchauffement est le résultat de la conversion
d’une partie de l’énergie chimique en énergie thermique.
3/
Exemples de pile électrochimique.
Expérience 3 : une lame de zinc et une lame de cuivre plongent sans se toucher dans une même
solution de sulfate de cuivre. Les bornes d’un voltmètre sont reliées aux 2 lames (Fig. 2 : une pile
électrochimique. Représente le dessin du cadre 3 de la page 139 de ton livre.)
Observation 3 : on constate qu’il existe une tension électrique entre les 2 lames métalliques. La
lame de cuivre constitue la borne +, la lame de zinc la borne −.
Interprétation 3 : les espèces chimiques présentes dans la pile contiennent de l’énergie chimique.
4/
Énergie chimique et énergie électrique.
Expérience 4 : la pile précédente est reliée à un ampèremètre et à un conducteur ohmique.
Observation 4 : l’ampèremètre indique une intensité non nulle lorsque le circuit est fermé.
Interprétation 4 : lorsqu’une pile fonctionne, une partie de l’énergie chimique des réactifs est
transférée au circuit électrique sous forme d’énergie électrique. La consommation des réactifs
entraîne l’usure de la pile.
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3_cours08 Ch C6 V2
Chapitre C7
Synthèse d’espèces chimiques
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les expressions soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
La chimie copie la nature.
La chimie permet de reproduire à moindre coût des espèces existant déjà dans la nature.
Ainsi les arômes d’un grand nombre de fruits sont préparés dans des laboratoires et permettent de
parfumer les gâteaux.
La fabrication d’une molécule s’appelle la synthèse. La molécule qui donne l’arôme de
banane s’appelle l’acétate d’isoamyle. Les arômes naturels sont souvent bien plus riches que la
simple molécule préparée par l’industrie.
2/
La chimie invente.
La chimie permet d’améliorer les conditions de vie en créant des molécules qui n’existent
pas dans la nature. C’est le cas des matières plastiques, comme le nylon, dont le nom scientifique
est le polyamide (Fig. 1 : Synthèse du nylon. Représente le dessin D page 151 du livre). La synthèse du
polyamide est une réaction de polymérisation qui conduit à une molécule géante ou macromolécule.
La synthèse des molécules artificielles permet de créer des matériaux plus performants.
3/
Synthèse d’un savon.
Le savon, qui n’existe pas dans la nature, résulte de l’action d’un corps gras sur une base
comme la soude. Au cours de cette transformation chimique, l’huile alimentaire et la soude
produisent un savon et un alcool (Fig. 2 : synthèse d’un savon. Représente le dessin A à la page 152 du
livre).
Des industries chimiques spécialisées synthétisent de nombreuses espèces chimiques
utilisées dans les domaines de l’hygiène, de la santé, de la beauté ou la pharmacologie. Ces
industries peuvent être la source de pollutions diverses si les normes de sécurités ne sont pas
respectées.
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3_cours08 Ch C7 V1
Chapitre E1
L’alternateur et les centrales électriques
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1/
Production d’une tension variable.
Lorsqu’on déplace un aimant au voisinage d’une bobine ou une bobine au voisinage d’un
aimant, la tension aux bornes de la bobine a une valeur positive ou négative selon le sens de
déplacement de l’aimant. Si on enchaîne rapidement les deux mouvements, on obtient une tension
variable (Fig. 1 : production d’une tension variable. Représente le dessin du cadre 1 à la page 172 du
livre).
2/
L’alternateur de bicyclette.
Un alternateur de bicyclette se compose d’une bobine et d’un aimant relié à un galet qui
permet de le mettre en rotation (Fig. 2 : les éléments d’un alternateur de bicyclette. Représente par un
dessin les 3 éléments de l’alternateur montrés en bas de la photographie A à la page 169 du livre).
L’alternateur reçoit de l’énergie mécanique qu’il convertit en énergie électrique. Plus la
vitesse de la bicyclette est élevée, donc plus le galet tourne vite, plus la tension aux bornes de la
bobine est importante.
3/
Centrale hydraulique et éolienne.
L’eau en mouvement ou le vent fournissent l’énergie mécanique à une turbine reliée à un
alternateur. Ce dernier transforme l’énergie reçue en énergie électrique. L’eau et le vent sont des
sources d’énergie renouvelables. Une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur.
4/
Centrale thermique ou nucléaire.
Dans ces types de centrale, l’énergie thermique dégagée par la combustion d’un combustible
ou le réactif nucléaire est utilisée pour faire tourner une turbine reliée à un alternateur (Fig. 3 :
principe d’une centrale thermique. Représente le schéma du cadre 4 à la page 173 du livre). Comme dans
le cas précédent, une partie de l’énergie est perdue. Les combustibles fossiles ou nucléaires ne sont
pas renouvelables. Cependant, le dégagement d’énergie produite par l’uranium est bien plus élevé
que par les carburants fossiles.
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3_cours08 Ch E1 V2
Chapitre E2
Propriétés des tensions électriques
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les expressions soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Les effets d’une tension alternative.
Utilisons un générateur délivrant une tension alternative très basse fréquence (T.B.F.) et
plaçons deux DEL, en parallèle mais montées en sens inverse (Fig. 1 : les effets d’une tension
alternative sur une DEL. Représente le schéma du cadre 1 à la page 188 de ton livre) : on observe que les
DEL s’allument alternativement : le courant passe alternativement par une DEL puis par l’autre.
Une tension alternative fait circuler dans un circuit fermé un courant alternatif, c’est à dire
un courant qui change de sens à intervalles de temps réguliers.
2/
Tension alternative.
Si on relie un voltmètre à un générateur très basse fréquence, on observe que la tension
prend alternativement des valeurs négatives puis positives. L'amplitude, notée Um est le sommet de
la courbe. Elle correspond à la valeur maximale de la tension.
3/
Tension périodique.
La période T est la durée nécessaire à la tension pour reprendre la même valeur (Fig. 2 : mise
en évidence de la période. Représente le schéma du cadre 3 à la page 189 de ton livre). On peut lire
la période sur un graphique possédant une échelle de temps.
4/
Tension alternative périodique sinusoïdale.
Une tension alternative prend des valeurs positives puis négatives qui se compensent au
cours du temps. Le graphique d’une tension sinusoïdale a une forme caractéristique (fig. 3 : tension
alternative périodique sinusoïdale. Décalque la figure ci-dessous). La tension maximale Umax est la plus
grande valeur de la tension. Son unité est le volt.
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Fig. 3 : Tension alternative périodique sinusoïdale.
3_cours08 Ch E2 V2
Chapitre E3
Mesures à l’oscilloscope
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1/
Visualisation de tensions avec un oscilloscope.
Lorsqu’on allume un oscilloscope, on observe sur un écran une tache lumineuse, le spot, que
l’on peut placer par réglage au centre de l’écran. Lorsqu’on applique une tension continue aux
bornes de l’oscilloscope, le spot se déplace verticalement vers le haut ou vers le bas selon le
branchement : le déplacement vertical du spot correspond à une valeur de tension positive ou
négative. Regarde les dessins de la page 204 du livre.
Lorsqu’on applique une tension variable aux bornes de l’oscilloscope, le spot se déplace sur
l’écran formant un segment vertical. Une tension est alternative lorsqu’elle présente des valeurs
positives et négatives qui se compensent.
2/
L'oscilloscope mesure la tension.
L'oscilloscope est un voltmètre disposant d'un écran : la tension maximale UBC (en Volt) se
calcule en multipliant la sensibilité verticale notée s (exprimée en Volt/division) par le nombre de
divisions de la déviation verticale du spot d v (en divisions) : U = s × d v. La sensibilité est un
coefficient de proportionnalité entre la tension et le déplacement vertical du spot.
Relié à un générateur de tension continue, on observe sur l'écran de l'oscilloscope un point si
le balayage n'est pas enclenché ou une ligne dans le cas contraire.
3/
L’oscilloscope mesure la période.
Le dispositif de balayage permet un déplacement horizontal plus ou moins rapide du spot.
Le déplacement horizontal correspond à une durée et permet de mesurer la période d’un signal.
La période se calcule en multipliant le balayage b (en ms/division ou µs/division) par le
nombre de divisions d’un motif de répétition dH (en cm) : T = b × dH. La période est une durée et
se mesure en secondes (ou ses sous-multiples).
4/
Fréquence d’un phénomène périodique.
1
La fréquence f d’un phénomène périodique est liée à sa période T par la relation : f (Hz) = T(s)
L’unité de fréquence est le hertz (Hz) si la période est exprimée en secondes (il faut
impérativement respecter cette unité). Si on connaît la fréquence f en Hertz, la période s’obtient par la
1
relation :
T(s) =
f (Hz)
Il est possible de mesurer la fréquence en utilisant un fréquencemètre.
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3_cours08 Ch E3 V1
Chapitre E4
Le voltmètre en tension alternative
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1/
Tension efficace et tension maximale.
Il est possible de mesurer une tension alternative avec un voltmètre en le réglant sur
« alternatif » souvent noté « CA » sur l’appareil. Le branchement en alternatif se fait de la même
façon qu’en tension continue : bornes « V » et « COM. »
Avec un voltmètre en alternatif on mesure la tension efficace tandis que l’oscilloscope
mesure une tension maximale. Les tensions maximales et efficaces sont proportionnelles.
2/
Valeur efficace d’une tension sinusoïdale.
Un générateur de tension alternative sinusoïdale sur la position 12 V délivre unes tension
maximale Umax d’environ 18 V et une tension efficace Ueff d’environ 12 V. En divisant la valeur
maximale par la valeur efficace, on obtient sensiblement 2 .
Um
Ce qui signifie que l’on a la relation : U eff =
2
La valeur inscrite sur le générateur correspond à la tension efficace.
3/
Caractéristiques de la tension du secteur.
La tension du secteur est une tension alternative périodique sinusoïdale. Mesurée avec un
voltmètre l’appareil indique 220 V. Il s'agit... (d'une amplitude/d'une tension efficace : Complète par
l’expression qui te semble juste). L'amplitude U m vaut : U m = U eff × 2 = 220 × 2 ≈ 310 V.
La période T mesurée à l'oscilloscope est de 20 ms, ce qui donne une fréquence :
f = 1/T = 50 Hz (retrouve ce résultat).
4/
Les dangers de la tension du secteur sur les personnes.
Le corps humain peut conduire le courant électrique, surtout s'il est humide. Une intensité
faible peut provoquer selon les cas des brûlures plus ou moins graves, la tétanisation des muscles
respiratoires (I ≥ 30 mA), voir la mort (I ≥ 100 mA). La sensibilité au courant dépend de la
personne et de son état de santé.
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3_cours08 Ch E4 V2
Chapitre E5
Puissance et énergie électrique
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1/
Mesure d’énergie électrique.
L'énergie électrique totale consommée dans une installation est égale à la somme des
énergies électriques consommées par chaque appareil. Elle est mesurée par le compteur électrique
en kWh (1 kWh = 1 000 Wh). L’énergie consommée par un appareil ne disparaît pas : elle est
transformée en d'autres formes d’énergie (chaleur pour un radiateur).
2/
Puissance électrique.
La puissance consommée par un appareil électrique se mesure en Watt (W). Lorsque cet
appareil est alimenté en courant continu, la puissance P (en Watt) est égale au produit de la tension
UAB (V) à ses bornes par l’intensité I (A) du courant qui la traverse :
P(W) = UAB (V) × I(A).
En toute rigueur, cette relation n’est valable que pour les appareils produisant seulement un
échauffement (lampe). Pour les autres appareils (moteur par exemple), la puissance consommée est
un peu inférieure au produit U×I.
3/
Les indications figurant sur un appareil.
Tout appareil électrique porte une plaque indiquant la tension dite tension nominale sous
laquelle il doit fonctionner, ainsi que la puissance électrique consommée. Une tension plus élevée
lui fournie une puissance qu'il ne peut supporter. À partir de ces renseignements, il est possible de
calculer l'intensité nominale qui traverse l'appareil en fonctionnement normal. (Comment ?)
4/
L’énergie électrique.
L'énergie électrique E s’exprime en Joule (symbole : J). L’énergie électrique consommée
par un appareil est sensiblement égale au produit de sa puissance P(W) par la durée de
fonctionnement t (s) :
E(J) = P(W) × t (s)
ou
E(Wh) = P(W) × t (h)
ou
E(kWh) = P(kW) × t (h)
Le wattheure (Wh) est l'énergie consommée par un appareil de puissance 1W pendant 1 heure
1 Wh = 1 W× 3 600 s = 3 600 J
1 kWh = 3 600 kJ
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3_cours08 Ch E5 V2
Chapitre M1
La gravitation
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soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Le système solaire.
Le système solaire se compose d’un ensemble d’objets célestes (planètes et leurs satellites,
astéroïdes, comètes) qui gravitent autour d’une étoile, le Soleil. L’étoile représente à elle seule 99 %
de la masse totale du système solaire.
Les 8 planètes sont classées en deux catégories les planètes telluriques comme la Terre et les
planètes géantes gazeuses. Elles dessinent des trajectoires pratiquement circulaires autour du Soleil.
2/
L’action attractive de la Terre.
La Lune, le seul satellite naturel de la Terre, gravite autour d’elle en décrivant une trajectoire
quasiment circulaire. L’attraction de la Terre maintient la Lune sur son orbite.
Le Soleil exerce une action sur tous les corps du système solaire, en particulier sur toutes les
planètes qui sont en orbite autour de lui : c’est la gravitation.
3/
Modélisation de la gravitation.
Une interaction est une action réciproque entre 2 objets. Elle peut être attractive ou
répulsive : 2 aimants peuvent s’attirer mutuellement ou se repousser. Lorsqu’un objet exerce une
action attractive sur un autre objet, alors celui-ci exerce en retour une action attractive sur le
premier : c’est la réciprocité des actions entre objets qui ont une masse.
La gravitation est une interaction attractive à distance entre 2 objets qui ont une masse. La
Terre attire la Lune, mais la Lune attire aussi la Terre. La gravitation dépend de la distance entre les
2 corps et de leur masse.
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3_cours08 Ch M1 V5
Chapitre M2
Poids et masse
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soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Poids et masse.
La masse d’un objet caractérise la quantité de matière (atomes ou molécules) contenue dans
cet objet. La masse se mesure avec une balance. L’unité de masse est le kilogramme (kg). La masse
est une constante quel que soit le lieu.
Le poids d’un objet est l’action à distance qu’exerce la Terre sur cet objet. Lorsqu’un objet
est suspendu par un fil à un support, le fil se tend sous l’effet de l’action attractive de la Terre sur
cet objet : c’est la gravitation (Fig. 1 : La masse et le poids. Représente les dessins du cadre1 à la page 32
de ton livre).
2/
Le poids est une grandeur physique.
Le poids d’un objet situé au voisinage de la Terre est une action qui s’exerce selon la
verticale du lieu et vers le bas. C’est cette action qui est responsable de la chute des corps au
voisinage de la Terre.
Le poids est mesuré avec un dynamomètre et son unité est le Newton (N). Le dynamomètre
le plus simple est un ressort dont l’une des extrémités se déplace devant une échelle graduée. Plus
l’objet est attiré par la Terre, plus le ressort s’allonge.
3/
Relation entre masse et poids.
En mesurant le poids P et la masse m de différents objets, on observe que ces 2 grandeurs (P
et m) sont proportionnelles. La constante de proportionnalité, notée g, s'appelle l'intensité de la
pesanteur et se mesure en N/kg (que l'on note N × kg−1) : P (N) = m (kg) × g (N/kg) (Fig. 2 : relation
entre le poids et la masse. Représente le graphique du cadre 3 à la page 33 de ton livre).
Le poids diminue avec l'altitude et en se déplaçant du pôle vers l’équateur, mais ces
−1
variations sont faibles. À la surface de la Terre, la constante g est de l'ordre de 10 N × kg .
4/
Conversion d’énergie.
En mécanique, l’énergie correspond à la capacité à effectuer un travail.
Un objet en mouvement possède une énergie de mouvement appelé énergie cinétique. Un
objet possède une énergie de position au voisinage de la Terre. Plus l’objet est haut, plus il possède
d’énergie de position.
Une bille qui tombe voit son énergie de position diminuer et son énergie cinétique
augmenter : il y a conversion d’une forme d’énergie en une autre. La somme de ces 2 énergies,
appelée énergie mécanique, est constante au cours de la transformation.
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Chapitre M3
Énergie cinétique et sécurité routière
Écris ton nom en haut, recopie le texte ci-dessous puis me rendre cette feuille Écrire en rouge les expressions
soulignées. Ne pas recopier le texte en script.
1/
Énergie cinétique.
Il existe une relation mathématique reliant l’énergie cinétique Ec (en Joule) à la masse m (en
kg) et la vitesse du véhicule v (en m/s) : Ec = ½ m v 2. cette relation montre que lorsque la vitesse est
multipliée par 2, l’énergie cinétique est multipliée par 4. De même, plus la masse du véhicule est
grande, plus l’énergie cinétique est grande : à vitesse égale, un véhicule de masse 2 000 kg (2
tonnes) possède une énergie cinétique 2 fois plus élevée qu’un véhicule de masse 1 000 kg, soit
1 tonne Fig. 1 : Évolution de l’énergie cinétique en fonction de la masse. Représente le graphique A à la
page 44 de ton livre).
2/
Conversion de l’énergie cinétique.
Au cours d’un arrêt du véhicule par freinage, l’énergie cinétique est convertie en énergie
thermique (chaleur) au niveau des freins.
Lors d’un choc, l’annulation quasi instantanée de l’énergie cinétique du véhicule produit une
déformation du véhicule, d’autant plus importante que la vitesse est élevée.
3/
Arrêt d’un véhicule.
La distance d’arrêt du véhicule comprend la distance de réaction et la distance de freinage.
La distance de réaction D r est la distance parcourue par le conducteur entre l’instant où il a vu
l’obstacle et le moment où le conducteur commence à freiner. Elle dépend de l’état du conducteur.
La distance de freinage D f est la distance parcourue par le véhicule au cours du freinage. Elle
dépend de l’énergie cinétique, de l’état du véhicule et de l’état de la route.
La distance d’ arrêt D a augmente beaucoup de la vitesse (fig. 2 : Distances de freinage d’un
véhicule en fonction de la vitesse et de l’état de la route. Représente le graphique situé à la page 49 de ton
livre).
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