Chapitre 11 | Terminale STL — 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. Pense à convertir en unités SI avant de calculer.
Un générateur assimilé à une source idéale de tension \(E=24\ \text{V}\) alimente en série deux dipôles : un résistor \(R=80\ \Omega\) et un moteur, aux bornes duquel on mesure \(U_M=16\ \text{V}\). Le circuit est parcouru par une intensité \(I\).
1. Énoncer la loi des mailles pour ce circuit, puis calculer la tension \(U_R\) aux bornes du résistor. (1,5 pt)
2. À l'aide de la loi d'Ohm, calculer l'intensité \(I\) dans le circuit. (1,5 pt)
3. Calculer la puissance dissipée par effet Joule dans le résistor. À quoi correspond physiquement cette puissance ? (2 pts)
4. Calculer la puissance électrique reçue par le moteur, puis l'énergie électrique qu'il reçoit en \(\Delta t=5{,}0\ \text{min}\). (2 pts)
1. Loi des mailles : \(E=U_R+U_M\), donc \(U_R=E-U_M=24-16=8{,}0\ \text{V}\). (1,5 pt)
2. Loi d'Ohm sur le résistor : \(I=\dfrac{U_R}{R}=\dfrac{8{,}0}{80}=0{,}10\ \text{A}\). (1,5 pt)
3. \(P_J=U_R\cdot I=8{,}0\times0{,}10=0{,}80\ \text{W}\) (ou \(R I^2=80\times0{,}10^2=0{,}80\ \text{W}\)). C'est l'énergie électrique convertie en chaleur (échauffement du résistor). (2 pts)
4. \(P_M=U_M\cdot I=16\times0{,}10=1{,}6\ \text{W}\). \(\Delta t=5{,}0\times60=300\ \text{s}\) ; \(E=P_M\cdot\Delta t=1{,}6\times300=4{,}8\times10^{2}\ \text{J}\). (2 pts)
La documentation d'un accumulateur portable indique : tension nominale \(U=7{,}4\ \text{V}\), capacité \(Q=2{,}0\ \text{A·h}\).
1. Rappeler la relation entre quantité d'électricité, intensité et durée. Convertir \(Q\) en coulombs. (2 pts)
2. Calculer l'énergie disponible dans cet accumulateur, en Wh puis en joules. (2 pts)
3. L'accumulateur alimente un appareil de puissance \(P=11{,}1\ \text{W}\). Calculer l'intensité appelée. (1,5 pt)
4. Estimer la durée pendant laquelle l'accumulateur peut alimenter l'appareil. (1,5 pt)
1. \(Q=I\cdot\Delta t\). En coulombs : \(Q=2{,}0\ \text{A·h}\times3600=7{,}2\times10^{3}\ \text{C}\). (2 pts)
2. \(E=U\cdot Q=7{,}4\times2{,}0=14{,}8\ \text{Wh}\). En joules : \(E=7{,}4\times7{,}2\times10^{3}\approx5{,}3\times10^{4}\ \text{J}\). (2 pts)
3. \(I=\dfrac{P}{U}=\dfrac{11{,}1}{7{,}4}=1{,}5\ \text{A}\). (1,5 pt)
4. \(\Delta t=\dfrac{Q}{I}=\dfrac{2{,}0}{1{,}5}\approx1{,}3\ \text{h}\) (soit environ 1 h 20 min). (1,5 pt)
1. Un panneau photovoltaïque de surface \(S=1{,}2\ \text{m}^2\) reçoit un éclairement énergétique \(E_e=900\ \text{W·m}^{-2}\). Calculer le flux énergétique \(\Phi\) reçu. (1,5 pt)
2. Le panneau fournit une puissance électrique \(P_{\text{élec}}=180\ \text{W}\). Calculer son rendement \(\eta\). Citer deux facteurs qui limitent ce rendement. (2 pts)
3. On compare la caractéristique \(I(U)\) du panneau à celle d'une source idéale de tension. En quoi diffèrent-elles ? (1 pt)
4. Un laser de télémétrie envoie un flux \(\Phi=8{,}0\times10^{-3}\ \text{W}\). Une norme fixe l'énergie maximale reçue par l'œil à \(E_{\max}=1{,}6\times10^{-3}\ \text{J}\). Calculer la durée maximale d'exposition. Citer une consigne de sécurité laser. (1,5 pt)
1. \(\Phi=E_e\times S=900\times1{,}2=1{,}08\times10^{3}\ \text{W}\). (1,5 pt)
2. \(\eta=\dfrac{P_{\text{élec}}}{\Phi}=\dfrac{180}{1080}\approx0{,}17=17\ \%\). Facteurs limitants (deux au choix) : pertes par réflexion, échauffement du panneau, partie non convertible du spectre, pertes par effet Joule, poussière/ombrage. (2 pts)
3. La source idéale a une tension \(U\) constante quelle que soit l'intensité (caractéristique horizontale). Le panneau réel voit sa tension chuter quand l'intensité augmente (courbe non horizontale, avec courant de court-circuit et tension à vide). (1 pt)
4. \(\Delta t_{\max}=\dfrac{E_{\max}}{\Phi}=\dfrac{1{,}6\times10^{-3}}{8{,}0\times10^{-3}}=0{,}20\ \text{s}\). Consigne (au choix) : ne jamais regarder le faisceau ni sa réflexion / porter des lunettes de protection adaptées / ne pas diriger le faisceau vers une personne. (1,5 pt)