Première
C & E & D & TI
Physique
Exercices
Bonjour ! Notre page Facebook, la suivre pour nos prochaines publications
EXERCICE I L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique.
Exercice I
On souhaite effectuer le bilan énergétique d'un générateur.
1 Faire le schéma du montage correspondant en y plaçant les appareils de mesure nécessaires.
2 Le tableau suivant est obtenu en faisant varier la résistance du rhéostat branché au circuit.
1 Faire le schéma du montage correspondant en y plaçant les appareils de mesure nécessaires.
2 Le tableau suivant est obtenu en faisant varier la résistance du rhéostat branché au circuit.
| \(U(V)\) | 1,47 | 1,41 | 1,35 | 1,23 | 1 | 0,87 | 0,65 |
| \(I(A)\) | 0 | 0,05 | 0,1 | 0,21 | 0,4 | 0,48 | 0,62 |
2-1 Tracer le graphe représentant la tension U aux bornes du générateur en fonction de l'intensité I du courant qui le traverse.
2-2 Pourquoi pouvons nous affirmer que cette caractéristique est celle d'un générateur ?
2-3 - Déterminer la f.é.m. E et la résistance interne r de ce générateur.
3 On effectue ensuite une étude énergétique dans le cas où le générateur fonctionne durant 10 minutes. La tension à ses bornes est 1V.
3-1 Calculer l'énergie dissipée par effet Joule.
3-2 Calculer l'énergie électrique fournie au reste du circuit.
3-3 Calculer l'énergie électrique générée.
3-4 Conclure.
2-2 Pourquoi pouvons nous affirmer que cette caractéristique est celle d'un générateur ?
2-3 - Déterminer la f.é.m. E et la résistance interne r de ce générateur.
3 On effectue ensuite une étude énergétique dans le cas où le générateur fonctionne durant 10 minutes. La tension à ses bornes est 1V.
3-1 Calculer l'énergie dissipée par effet Joule.
3-2 Calculer l'énergie électrique fournie au reste du circuit.
3-3 Calculer l'énergie électrique générée.
3-4 Conclure.
EXERCICE II L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique
Exercice II
Un moteur a les caractéristiques suivantes: r' = 11Ω E' = 7,2 V. Il est alimenté par un générateur de tension pour lequel E = 16,0 V et r = 1,2 W.
1 Faire un schéma du circuit électrique comprenant le moteur et l'alimentation.
Préciser le sens du courant compte tenu de polarités de l'alimentation et schématiser les tensions positives aux bornes du moteur et du générateur.
- Placer sur le schéma un voltmètre et un ampèremètre permettant de mesurer l'intensité dans le circuit et la tension aux bornes du moteur.
2 A l'aide d'un bilan de puissance dans le circuit, ou bien en utilisant des lois d'électricité à préciser, donner l'expression de l'intensité du courant I en fonction de E, r, E' et r'. Calculer I.
3 Calculer :
3-1 La puissance électrique Pe reçue par le moteur.
3-2 La puissance mécanique Pm des forces mécaniques développées par le moteur
3-3 La puissance PJ dissipée par effet Joule dans l'ensemble du circuit
4 Déterminer les quantités d'énergies mises en jeu, sous les différentes formes lors d'un fonctionnement permanent d'une durée Δt = 2 h 45 min. Le résultat numérique pourra être donné avec l'unité la plus appropriée.
5 Le moteur entraîne un petit alternateur. La puissance mécanique utile Pu transférée à l'alternateur n'est pas égale à Pm. IL existe différentes pertes (frottements, magnétiques, ...) appelés pertes internes Pint. Le rendement pour ce moteur couplé à l'alternateur est
\(\eta = \frac{{{P_m} - {P_{{\mathop{\rm int}} }}}}{{{P_e}}}\) Sachant que \(\eta = 18\% \) , Calculer Pint
1 Faire un schéma du circuit électrique comprenant le moteur et l'alimentation.
Préciser le sens du courant compte tenu de polarités de l'alimentation et schématiser les tensions positives aux bornes du moteur et du générateur.
- Placer sur le schéma un voltmètre et un ampèremètre permettant de mesurer l'intensité dans le circuit et la tension aux bornes du moteur.
2 A l'aide d'un bilan de puissance dans le circuit, ou bien en utilisant des lois d'électricité à préciser, donner l'expression de l'intensité du courant I en fonction de E, r, E' et r'. Calculer I.
3 Calculer :
3-1 La puissance électrique Pe reçue par le moteur.
3-2 La puissance mécanique Pm des forces mécaniques développées par le moteur
3-3 La puissance PJ dissipée par effet Joule dans l'ensemble du circuit
4 Déterminer les quantités d'énergies mises en jeu, sous les différentes formes lors d'un fonctionnement permanent d'une durée Δt = 2 h 45 min. Le résultat numérique pourra être donné avec l'unité la plus appropriée.
5 Le moteur entraîne un petit alternateur. La puissance mécanique utile Pu transférée à l'alternateur n'est pas égale à Pm. IL existe différentes pertes (frottements, magnétiques, ...) appelés pertes internes Pint. Le rendement pour ce moteur couplé à l'alternateur est
\(\eta = \frac{{{P_m} - {P_{{\mathop{\rm int}} }}}}{{{P_e}}}\) Sachant que \(\eta = 18\% \) , Calculer Pint
EXERCICE III L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique
Exercice III
Un nouveau type de lampe d'éclairage permet selon leurs fabricants de faire des économies d'énergie. Le slogan publicitaire qui se résume par " 20 W = 100 W " signifie que cette lampe consomme une puissance de 20 W et éclaire aussi bien qu'une lampe à incandescence ordinaire de puissance nominale 100 W.
La durée de vie moyenne de cette nouvelle lampe est en général supérieure à 3 ans pour une utilisation de 3 heures par jour alors que les lampes traditionnelles, dans les mêmes conditions d'utilisation, ont une durée de vie d'environ 1 an
1 Calculer en kWh l'énergie électrique transférée à cette lampe pendant sa durée de vie minimale ?
2 Même question pour la lampe à incandescence ordinaire.
3 On remplace une lampe à incandescence de 100 W par une nouvelle lampe de 20W. En mars 2016, 1kWh est facturé 65 Fcfa
Calculer l'économie réalisée sur la facture électrique pendant la durée de vie de la lampe.
La durée de vie moyenne de cette nouvelle lampe est en général supérieure à 3 ans pour une utilisation de 3 heures par jour alors que les lampes traditionnelles, dans les mêmes conditions d'utilisation, ont une durée de vie d'environ 1 an
1 Calculer en kWh l'énergie électrique transférée à cette lampe pendant sa durée de vie minimale ?
2 Même question pour la lampe à incandescence ordinaire.
3 On remplace une lampe à incandescence de 100 W par une nouvelle lampe de 20W. En mars 2016, 1kWh est facturé 65 Fcfa
Calculer l'économie réalisée sur la facture électrique pendant la durée de vie de la lampe.
EXERCICE IV L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique.
Exercice IV
Aux bornes d'un groupement constitué d'éléments identiques, chacun de f.é.m. E=1,5 V et de résistance r =0,5 ohm, on a placé une dérivation composée de deux branches :
-sur la première branche une résistance R1=6 ohms plongée dans un calorimètre de valeur en eau 324 g ;
- sur la seconde branche on branche un moteur de résistance r’=2ohms.
Quand le moteur est bloqué pendant 10 min, la variation de température dans le calorimètre est de 6°C et l'énergie perdue dans un élément du groupement pendant le même temps est 675J. Le rendement du générateur est de 50 %.
1 Faire le schéma du montage
2 Calculer le nombre d'éléments du groupement.
3 Quand le moteur travaille, le rendement du générateur est de 75 %.Calculer le rendement du moteur.
-sur la première branche une résistance R1=6 ohms plongée dans un calorimètre de valeur en eau 324 g ;
- sur la seconde branche on branche un moteur de résistance r’=2ohms.
Quand le moteur est bloqué pendant 10 min, la variation de température dans le calorimètre est de 6°C et l'énergie perdue dans un élément du groupement pendant le même temps est 675J. Le rendement du générateur est de 50 %.
1 Faire le schéma du montage
2 Calculer le nombre d'éléments du groupement.
3 Quand le moteur travaille, le rendement du générateur est de 75 %.Calculer le rendement du moteur.
EXERCICE V L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique
Exercice V
Un circuit comprend un générateur, un interrupteur K, un ampèremètre de résistance négligeable et deux dérivations comprenant, l'une, un électrolyseur de résistance r’1= 2,5 ohms et l'autre une résistance plongée dans un calorimètre contenant 500 g de pétrole de chaleur massique c = 2090 J C-1 kg-1.
- K étant ouvert, un voltmètre branché aux bornes du générateur G indique 14 V.
- K étant fermé, ce même voltmètre indique 10 V et l'ampèremètre 4 A.
1 Calculer les caractéristiques de G.
2 Si l'élévation de température dans le calorimètre est alors de 4°C en 7 minutes, calculer :
2-1 L'intensité du courant qui traverse la résistance du calorimètre.
2-2 la résistance du calorimètre.
2-3 la f.c.é.m. E' de l’électrolyseur.
- K étant ouvert, un voltmètre branché aux bornes du générateur G indique 14 V.
- K étant fermé, ce même voltmètre indique 10 V et l'ampèremètre 4 A.
1 Calculer les caractéristiques de G.
2 Si l'élévation de température dans le calorimètre est alors de 4°C en 7 minutes, calculer :
2-1 L'intensité du courant qui traverse la résistance du calorimètre.
2-2 la résistance du calorimètre.
2-3 la f.c.é.m. E' de l’électrolyseur.
EXERCICE VI L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique
Exercice VI
On associe en série une batterie d'accumulateurs de f.é.m. E=18V et de résistance interne r =1,2 ohms, une résistance de valeur R=4,8 ohms, un moteur de f.é.m. E' et de résistance interne r' et un ampèremètre de résistance négligeable.
1 On empêche le moteur de tourner. L'intensité du courant dans le circuit vaut alors I=1,2A. Calculer la résistance r' du moteur.
2 Lorsque le moteur tourne à la vitesse de 150 tours par minute, l'intensité du courant vaut 1 A.
2-1 Montrer que l'expression littérale de l'intensité du courant est: \(I = \frac{{E - E'}}{{R + r + r'}}\)
2-2 Calculer E'.
2-3 Calculer la puissance consommée par chacun des récepteurs.
2-4 Quel est le rendement du circuit, rapport de la puissance utile à la puissance électrique engendrée par les accumulateurs ?
3 Définir et calculer le rendement du moteur.
1 On empêche le moteur de tourner. L'intensité du courant dans le circuit vaut alors I=1,2A. Calculer la résistance r' du moteur.
2 Lorsque le moteur tourne à la vitesse de 150 tours par minute, l'intensité du courant vaut 1 A.
2-1 Montrer que l'expression littérale de l'intensité du courant est: \(I = \frac{{E - E'}}{{R + r + r'}}\)
2-2 Calculer E'.
2-3 Calculer la puissance consommée par chacun des récepteurs.
2-4 Quel est le rendement du circuit, rapport de la puissance utile à la puissance électrique engendrée par les accumulateurs ?
3 Définir et calculer le rendement du moteur.
EXERCICE VII L’énergie consommée dans une portion de circuit électrique
Exercice VII
Un résistor de résistance R= 20 Ω est soumis à une tension sinusoïdale \(u(t) = {U_{\max }}\cos (\omega t)\), il est parcouru par un courant d’intensité \(i(t) = {I_{\max }}\cos (\omega t)\) avec \({I_{\max }} = 1A\)
1 Pour \(\omega = 100\pi rad/s\), exprimer la puissance instantanée dissipée par effet joule.
2 Représenter cette puissance pour t variant de 0 à 20 ms.
3 En supposant que sur cette intervalle la puissance reste constante, donner l’expression de l’énergie dissipée pendant 1ms.
4 La tension fournie par Eneo est de \(u(t) = 311\cos (\omega t)\), quelle est la tension efficace correspondante?
1 Pour \(\omega = 100\pi rad/s\), exprimer la puissance instantanée dissipée par effet joule.
2 Représenter cette puissance pour t variant de 0 à 20 ms.
3 En supposant que sur cette intervalle la puissance reste constante, donner l’expression de l’énergie dissipée pendant 1ms.
4 La tension fournie par Eneo est de \(u(t) = 311\cos (\omega t)\), quelle est la tension efficace correspondante?
