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Session 2009
BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
STL - CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS
ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Durée de l'épreuve : 2 heures
Coefficient : 3
Le sujet comporte 4 pages numérotées de 1/3 à 3/3
L'usage de la calculatrice est autorisé
Une feuille de papier millimétré est fournie
1/3
I. ÉTUDE D'UN CIRCUIT À AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL
Au fond d'un réservoir de liquide d'une usine chimique, on a installé un capteur de température
et un flotteur reliés tous deux à un circuit électrique comme l'indique la figure 1 (sur cette figure,
pour une raison de clarté du schéma, le réservoir a été représenté avec une taille très
nettement inférieure à la réalité).
E1
capteur de
température
-
5V
flotteur
axe
A
∞
S1
E2
+
F
G
DEL
réservoir
B
C
5V
S2
&
0,30 V
10 kΩ
M
figure 1
Le capteur de température, alimenté en 5 V, fournit, entre sa borne F et sa borne G, une
tension positive dont la valeur est égale à 1/100e de la valeur de la température du fluide dans
lequel le capteur est plongé (par exemple lorsque la température θ vaut 25 °C la tension UFG
vaut 0,25 V).
Dès qu'il y a du liquide dans le réservoir, le flotteur s'élève, entraînant la rotation de l'axe dont il
est solidaire autour de la borne A, et par là le contact entre les bornes B et C.
Le rôle du conducteur ohmique de résistance 10 kΩ (branché entre E1 et la masse du circuit)
est de mettre l'entrée E1 de la porte logique ET à l'état 0 lorsqu'elle n'est pas à l'état 1.
L'amplificateur opérationnel du montage n'est pas alimenté en +15 V/-15 V mais en +6 V/0 V ;
dans ce cas, ses tensions de saturation ne sont pas +14 V et -14 V mais +5 V et 0 V.
1.1. Schématiser le montage comparateur d'un amplificateur opérationnel et indiquer la
propriété de ce montage.
1.2. Donner la table de vérité d'une porte logique ET.
1.3. On remplit le réservoir. Sous l'effet des conditions extérieures, le liquide contenu dans le
réservoir atteint la température de 35 °C.
Indiquer quel est l'état (allumé ou éteint) de la diode électroluminescente (DEL) branchée à la
sortie de la porte ET. Expliquer.
1.4. On vide le réservoir mais la température à l'intérieur de celui-ci reste à 35 °C.
Indiquer quel est, dans ce cas, l'état de la DEL. Expliquer.
1.5. On remplit de nouveau le réservoir mais les conditions extérieures imposent une
température de 20 °C au liquide.
Indiquer quel est, dans ce cas, l'état de la DEL. Expliquer.
1.6. Quelle est la fonction du circuit électrique branché sur le réservoir de liquide ?
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II. CIRCUIT RLC EN TRIPHASÉ
i
Un dipôle AB, constitué de l'association en série
d'une bobine parfaite et d'un conducteur
ohmique, est branché sur une prise de courant
fournissant une tension sinusoïdale d'une
fréquence f de 50,0 Hz (figure 2). La valeur
efficace de l'intensité I1 du courant fourni par la
prise est de 0,824 A.
Prise de
courant
2.1. Déterminer les valeurs efficaces U1 et U2
des tensions instantanées u1(t) et u2(t).
A
L=0,750 H
u2(t)
~
u(t)
R=150 Ω
u1(t)
B
figure 2
2.2. On choisit l'intensité instantanée i(t) comme grandeur de référence (ou comme origine des
phases) : i(t) = Imax.sinωt.
Établir les expressions, en fonction du temps t, des tensions instantanées u1(t) et u2(t).
2.3.1. Représenter les vecteurs de Fresnel associés aux tensions instantanées u1(t) et u2(t).sur
une feuille de papier millimétré (échelle : 1 cm pour 20 V).
2.3.2. Sur le schéma de la question précédente, représenter le vecteur de Fresnel associé à la
tension instantanée u(t). Expliquer.
2.4. Utiliser les représentations de Fresnel des questions 2.3.1. et 2.3.2. pour répondre aux
questions suivantes.
2.4.1. Déterminer la valeur efficace U de la tension instantanée u puis calculer l'impédance Z
du dipôle AB.
2.4.2. Déterminer le déphasage ϕu/i entre u(t) et i(t) puis calculer le facteur de puissance k du
dipôle AB et la puissance active P consommée par ce dipôle.
2.5. EDF exige que le facteur de puissance d'une installation électrique soit supérieur à 0,93.
2.5.1. Quelle est la raison économique de cette exigence ?
2.5.2. Recopier le circuit de la figure 2. Ajouter le composant permettant de relever le facteur de
puissance du dipôle AB.
2.5.3. On réalise l'opération indiquée dans la question précédente et on constate que la valeur
efficace de l'intensité du courant fourni par la prise prend la valeur I2 = 0,464 A.
Quelle est alors la nouvelle valeur du facteur de puissance de cette nouvelle installation ?
2.6. Trois dipôles identiques au dipôle AB sont branchés en étoile sur un réseau triphasé
127 V / 230 V - 50,0 Hz.
2.6.1. Comment appelle-t-on respectivement chacune des tensions 127 V et 230 V
caractérisant le réseau triphasé ?
2.6.2. Schématiser le branchement des 3 dipôles sur le réseau triphasé ; le schéma devra
indiquer le nom de chacune des bornes du réseau.
2.6.3. Déterminer la valeur efficace de l'intensité du courant traversant chacun des 3 dipôles.
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