L`électricité : êtes-vous au courant
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L’électricité : êtes-vous au courant ? SCP-4011 Épreuve d’autoévaluation ÉPREUVE D’AUTOÉVALUATION Vous trouverez, à la fin de cette épreuve, un formulaire donnant l’ensemble des formules susceptibles de vous être utiles pour la rédaction de cette épreuve. Un formulaire identique sera fourni lors de l’évaluation finale. 1. Historiquement, plusieurs découvertes et événements ont conduit à l’utilisation actuelle et à la connaissance que l’on a de l’électricité statique ou dynamique et de l’électromagnétisme. Associez les situations suivantes à l’un des personnages énumérés ci-après : Franklin, Hertz, Oersted, Thalès ou Volta. a) Dès l’Antiquité, c’est-à-dire plus de cinq siècles avant Jésus-Christ, ce philosophe grec rapporte l’attraction électrique entre l’ambre frotté sur de la soie et les brindilles de paille. C’est également à son époque qu’est remarquée l’attraction entre le magnétite, une pierre naturellement aimantée, et le fer. ______________________________________________________________________ b) En réalisant une expérience lors d’un orage électrique, cet Américain démontre que l’éclair et les décharges électriques sont de même nature. D’autres scientifiques s’électrocuteront en tentant de reproduire l’expérience. Il invente le paratonnerre en 1760. ______________________________________________________________________ c) Ce physicien italien met au point la première pile en 1800 ; c’est la première fois qu’un courant continu est produit. Avec lui, on assiste à la naissance de l’électricité dynamique. ______________________________________________________________________ d) En 1820, ce physicien danois établit hors de tout doute l’étroite parenté entre l’électricité et le magnétisme lorsqu’il observe que l’aiguille aimantée d’une boussole est déviée par le courant électrique qui parcourt un conducteur placé à proximité. C’est le début de l’électromagnétisme. Ampère expliquera le phénomène dès l’année suivante. ______________________________________________________________________ e) En 1888, ce physicien allemand produit pour la première fois des ondes radio en laboratoire. De ce fait, il ouvre la porte au développement des télécommunications. ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 2 2. Nommez et donnez le rôle des trois composants essentiels d’un circuit électrique simple. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 3. La première colonne du tableau ci-dessous donne une liste de matériaux. Pour chacun, inscrivez dans la deuxième colonne s’il s’agit d’un matériau conducteur, semi-conducteur ou isolant. Dans la troisième colonne, donnez un exemple d’utilisation de chacun des matériaux dans le domaine de l’électricité. Matériau Type de matériau Exemple d’utilisation Aluminium Caoutchouc Cuivre Porcelaine Silicium 4. Dans le circuit ci-dessous, on veut mesurer la tension aux bornes de R1 et l’intensité du courant qui parcourt R2. R1 R2 ε a) Pour chacune des mesures, dites quel appareil doit être utilisé. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Sur le schéma, ajoutez les symboles des appareils et les branchements requis pour que les appareils affichent les mesures désirées. © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 3 5. Une batterie a une charge de 60 A·h. a) Pendant combien de temps pourra-t-elle fournir un courant de 5 A avant d’être complètement déchargée. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Si le circuit alimenté par la batterie tire 12 A, la batterie se déchargerat-elle plus rapidement, moins rapidement ou prendra-t-elle le même temps pour se décharger ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 6. Un petit appareil est alimenté par une batterie de 9 V. Sur le dessin, l’appareil est représenté par un résistor de 5 Ω. Pour un usage particulier, l’appareil exige un courant de 3 A. Que faudra-t-il faire pour obtenir le courant ? _____________________________________ _____________________________________ ε=9V R=5Ω _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ 7. Pour une application particulière, on utilise un fil conducteur en aluminium de 10 m de longueur et de 0,2 cm de diamètre. On ajoute un élément au circuit de sorte que le conducteur doit transporter davantage de courant. On doit donc diminuer la résistance du fil. a) Comment peut-on diminuer la résistance de ce même fil ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) On dispose d’autres bouts de fils d’aluminium de différentes grosseurs. Si la longueur de 10 m doit être maintenue, choisiriez-vous un fil plus gros ou plus petit que le fil utilisé initialement ? Justifiez votre choix. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 4 8. La fiche signalétique d’une bouilloire est donnée ci-dessous. Combien d’énergie consomme cette bouilloire lorsqu’elle fonctionne pendant 10 minutes ? Donnez votre réponse en kilowattheures. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 9. Complétez le tableau suivant en associant les caractéristiques suggérées au courant continu ou au courant alternatif. Caractéristique Courant continu Courant alternatif Intensité du courant : constante ou variable. Tension : constante ou variable. Source du courant : pile, batterie, Hydro-Québec, générateur. Utilisation : cuisinière, jouet, baladeur, réfrigérateur. Fréquence : 60 Hz, 0 Hz. Déplacement des électrons : variable, toujours dans le même sens. © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 5 10. Après avoir passé un peigne de plastique dans ses cheveux à plusieurs reprises, on l’approche de petits bouts de papier posés sur une table. Lorsque le peigne est suffisamment près, les petits bouts de papier se soulèvent et viennent se coller sur le peigne. Expliquez ce phénomène à l’aide du transfert des charges. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 11. Deux petites billes chargées exercent l’une sur l’autre une force électrique. Dans chacun des cas suivants, indiquez si le changement proposé entraînera une augmentation ou une diminution de la force et précisez par quel facteur la force sera modifiée. a) On double la charge de l’une des billes ? ______________________________________________________________________ b) On double la distance entre les deux billes ? ______________________________________________________________________ 12. a) Tracez les lignes de champ magnétique entre les deux aimants suivants. b) Identifiez les pôles des aimants sur le schéma suivant. © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 6 13. a) Considérez le circuit ci-dessous. On remplace le résistor R3 par un résistor de plus grande résistance. R1 ε R2 R3 1. Le courant qui parcourt le circuit augmente-t-il, diminue-t-il ou reste-til le même ? Expliquez. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. La tension aux bornes de R1 augmente-t-elle, diminue-t-elle ou reste-telle la même ? Expliquez. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Considérez le circuit ci-dessous. On remplace le résistor R2 par un résistor de plus grande résistance. R2 R1 ε 1. Le courant dans R2 augmente-t-il, diminue-t-il ou reste-t-il le même ? Expliquez. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. Le courant dans R1 augmente-t-il, diminue-t-il ou reste-t-il le même ? Expliquez. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 7 3. Le courant total fourni par la source augmente-t-il, diminue-t-il ou restet-il le même ? Expliquez. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 14. Vous utilisez deux jeux d’ampoules de Noël. Dans le premier, les ampoules sont montées en série tandis que, dans le second, elles sont montées en parallèle. Que se passera-t-il, a) si une ampoule du premier jeu de lumières brûle ? Pourquoi ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) si une ampoule du second jeu de lumières brûle ? Pourquoi ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 15. Dans le circuit suivant, déterminez le courant dans chaque branche du circuit (I1, I2 et It) et la tension aux bornes des résistances (U1 et U2). It = I2 = I1 = ε = 15 V R1 = 10 Ω R2 = 10 Ω U1 = U2 = ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 8 16. Dans le circuit suivant, déterminez le courant I, la valeur de la résistance R2 et les tensions U2 et U3. R1 = 5 Ω U1 = 5 V I R2 U2 U3 R3 = 3 Ω ε = 15 V It = ___________________________________________________________ _______________________________________________________________ R2 = __________________________________________________________ _______________________________________________________________ U2 = __________________________________________________________ _______________________________________________________________ U3 = __________________________________________________________ _______________________________________________________________ 17. En tant que consommateur, on peut choisir parmi une grande variété de piles. Pour chacune des utilisations suivantes, dites quel type de piles (ordinaire, alcaline, rechargeable) est souhaitable et précisez pourquoi. a) Lampe de poche ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Détecteur de fumée ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ c) Appareil photo ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ d) Télécommande d’un téléviseur ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 9 e) Baladeur ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 18. a) Pourquoi utilise-t-on une batterie de piles en série pour alimenter certains appareils ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Pourquoi utilise-t-on une batterie de piles en parallèle pour alimenter certains appareils ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 19. On exploite l’effet Joule dans certaines applications mais dans d’autres cas, l’effet Joule devient un inconvénient majeur. Dans chacun des cas suivants, indiquez si l’effet Joule est utile ou nuisible. Justifiez votre réponse. a) Dans une bouilloire. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Dans le transport de l’électricité. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 20. Les moteurs et les générateurs sont des convertisseurs d’énergie. a) Quelle conversion d’énergie un moteur électrique réalise-t-il ? ______________________________________________________________________ b) Quelle conversion d’énergie un générateur réalise-t-il ? ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 10 21. a) À partir du schéma du transformateur suivant, quelle tension obtiendra-ton si l’on relie : 1. le fil blanc au fil noir ? ________________________________________ 2. le fil noir au fil rouge ? ________________________________________ Noir Blanc Rouge 3. le fil blanc au fil rouge ? ________________________________________ b) À quoi sert le fil de mise à la terre (M.A.L.T.) ? ________________________________________ M.A.L.T. ________________________________________ ________________________________________ 22. Une dérivation universelle fournit l’éclairage (plafonnier) et les prises de courant de deux chambres à coucher. a) Lorsque l’ampoule du plafonnier d’une chambre brûle, l’éclairage de l’autre chambre n’est pas affecté. Dites pourquoi. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) En désactivant le disjoncteur de la dérivation, les ampoules des deux plafonniers s’éteignent. L’électricité sera-t-elle disponible aux prises de courant des deux chambres ? Dites pourquoi. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 23. Votre enfant a un jouet alimenté par quatre piles de 1,5 V. Vous voulez acheter un adaptateur pour ce jouet. Que contient-il ? Pourquoi ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 11 24. L’électricité est omniprésente dans nos vies. Elle nous facilite l’accomplissement de certaines tâches mais elle peut aussi être une source de danger. Pour chacun des cas suivants, dites en quoi l’électricité peut être cause de danger et suggérez des façons de le prévenir. a) On doit remplir d’eau le fer à repasser. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) On veut scier la troisième broche d’une scie électrique, car la brise dont on dispose ne possède que deux ouvertures. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 25. a) Pourquoi un camion-citerne chargé d’un produit inflammable est-il muni d’une chaîne de mise à la terre ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ b) Dans les salles d’opération, il y a risque d’étincelles dues à l’accumulation d’électricité statique qui pourraient enflammer les vapeurs d’éther utilisées pour l’anesthésie. Comment réduit-on ce risque ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 12 26. Le schéma ci-dessous représente une centrale électrique. Réservoir Barrage Conduite forcée Poste Alternateur Turbine a) De quel type de centrale s’agit-il ? ______________________________________________________________________ b) Expliquez le fonctionnement général de ce type de centrale et indiquez les principales transformations d’énergie qui se produisent dans le processus. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ c) Quelle est la principale différence entre les différents types de centrales électriques ? ______________________________________________________________________ d) Nommez deux types de centrales autres que celui illustré sur le schéma. ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 13 27. La production d’électricité par une centrale hydroélectrique comporte des avantages et des inconvénients tant du point de vue de sa construction, de l’environnement que de l’opération de la centrale. Donnez quelques-uns de ces avantages et de ces inconvénients. Avantages : ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Inconvénients : ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 28. En plus de leur éloignement, les Îles-de-la-Madeleine sont reconnues comme étant un site très venteux. Compte tenu de cette situation et de vos connaissances sur les différents types de centrale, quelles formes de production d’électricité pourraient être envisagées à cet endroit et quelles seraient celles à éviter ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ © SOFAD L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 14 Formulaire I= Q t U = RI R= ρL A Réq = R1 + R2 + R3 + … pour un circuit en série 1 = 1 + 1 + 1 + … pour un circuit en parallèle R1 R2 R3 Réq P = UI N1 U I = 2 = 1 N2 I1 U2 P = UI P = RI2 E P= t F= © SOFAD k|Q1Q2| d2 L’ÉLECTRICITÉ : ÊTES-VOUS AU COURANT ? 15
