Chapitre 3 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés. On prendra \(\sqrt2\approx1{,}41\).
1. Pour mesurer l'intensité dans un dipôle et la tension à ses bornes, indiquer comment se branche l'ampèremètre et comment se branche le voltmètre. (2 pts)
2. Le secteur a une fréquence \(f=50\ \text{Hz}\). Calculer sa période \(T\). (1 pt)
3. Une tension sinusoïdale a une valeur efficace \(U_{eff}=230\ \text{V}\). Calculer sa valeur maximale \(U_{max}\). (2 pts)
4. Un signal périodique a une valeur moyenne nulle. Comment qualifie-t-on un tel signal ? Quel appareil permet de vérifier l'allure du signal ? (2 pts)
1. L'ampèremètre se branche en série avec le dipôle (il est traversé par le courant) ; le voltmètre se branche en dérivation aux bornes du dipôle. (1 pt chacun)
2. \(T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{50}=0{,}020\ \text{s}=20\ \text{ms}\).
3. \(U_{max}=U_{eff}\times\sqrt2=230\times1{,}41\approx325\ \text{V}\).
4. Un signal de valeur moyenne nulle est dit alternatif. L'oscilloscope (ou un système d'acquisition) permet de visualiser l'allure du signal.
Un générateur de tension \(E=12\ \text{V}\) alimente un circuit. Au nœud N, le courant principal \(I=1{,}2\ \text{A}\) se sépare en deux branches parcourues par \(I_1\) et \(I_2=0{,}5\ \text{A}\).
1. Énoncer la loi des nœuds, puis calculer \(I_1\). (2 pts)
2. Dans une maille, le générateur \(E=12\ \text{V}\) est en série avec deux résistors aux bornes desquels on mesure \(U_1=4{,}5\ \text{V}\). En appliquant la loi des mailles, calculer la tension \(U_2\) aux bornes du second résistor. (2,5 pts)
3. Le second résistor est traversé par un courant \(I=1{,}2\ \text{A}\). Calculer sa résistance \(R_2\) à l'aide de la loi d'Ohm. (2,5 pts)
1. Loi des nœuds : la somme des intensités entrantes égale la somme des intensités sortantes ; ici \(I=I_1+I_2\), donc \(I_1=I-I_2=1{,}2-0{,}5=0{,}7\ \text{A}\).
2. Loi des mailles : \(E=U_1+U_2\), donc \(U_2=E-U_1=12-4{,}5=7{,}5\ \text{V}\).
3. Loi d'Ohm : \(R_2=\dfrac{U_2}{I}=\dfrac{7{,}5}{1{,}2}=6{,}25\approx6{,}3\ \Omega\).
Une plaque chauffante possède une résistance \(R=25\ \Omega\), alimentée sous une tension continue \(U=230\ \text{V}\).
1. Calculer l'intensité \(I\) du courant qui la traverse. (1,5 pt)
2. Calculer la puissance \(P\) dissipée par effet Joule. Sous quelle forme l'énergie est-elle convertie ? (2 pts)
3. La plaque fonctionne \(45\) minutes. Calculer l'énergie électrique consommée \(E\) en kWh puis en joules. (2,5 pts)
1. \(I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{230}{25}=9{,}2\ \text{A}\).
2. \(P=U\,I=230\times9{,}2=2116\ \text{W}\approx2{,}1\ \text{kW}\) (on vérifie \(\frac{U^2}{R}=\frac{230^2}{25}=\frac{52900}{25}=2116\ \text{W}\)). L'énergie électrique est convertie en énergie thermique (chaleur).
3. \(\Delta t=45\ \text{min}=0{,}75\ \text{h}\). \(E=P\cdot\Delta t=2{,}116\ \text{kW}\times0{,}75\ \text{h}\approx1{,}6\ \text{kWh}\).
En joules : \(1{,}59\ \text{kWh}\times3{,}6\times10^{6}\approx5{,}7\times10^{6}\ \text{J}\) (ou \(2116\times2700=5{,}7\times10^{6}\ \text{J}\) avec \(\Delta t=2700\ \text{s}\)).