Grandeurs électriques et circuits — Physique-Chimie — Seconde Bac Pro
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Complétez le tableau :
| Grandeur | Symbole | Unité | Abréviation |
|---|---|---|---|
| Tension | ... | ... | ... |
| Intensité | ... | ... | ... |
| Résistance | ... | ... | ... |
| Puissance | ... | ... | ... |
| Grandeur | Symbole | Unité | Abréviation |
|---|---|---|---|
| Tension | U | Volt | V |
| Intensité | I | Ampère | A |
| Résistance | R | Ohm | Ω |
| Puissance | P | Watt | W |
Complétez les phrases :
a) Le voltmètre mesure la ... et se branche en ... .
b) L'ampèremètre mesure l'... et se branche en ... .
a) Le voltmètre mesure la tension et se branche en parallèle.
b) L'ampèremètre mesure l'intensité et se branche en série.
Un générateur de 12 V alimente deux lampes en série. On mesure \(U_1 = 5\) V aux bornes de la première lampe.
a) Quelle est la tension aux bornes de la deuxième lampe ?
\(U_2 = U - U_1 = 12 - ... = ...\) V
a) \(U_2 = U - U_1 = 12 - 5 = \mathbf{7}\) V
Dans un atelier, deux machines sont branchées en parallèle sur le réseau 230 V :
a) Quelle est la tension aux bornes de chaque appareil ? Justifier.
b) Calculer l'intensité totale : \(I = I_1 + I_2 = ... + ... = ...\) A
a) Les appareils sont en parallèle : chacun reçoit la même tension que le générateur, soit \(U = \mathbf{230}\) V.
b) \(I = I_1 + I_2 = 2 + 0{,}5 = \mathbf{2{,}5}\) A
Un circuit en série comprend un générateur, un interrupteur et deux lampes.
a) L'interrupteur est ouvert. La lampe 1 brille-t-elle ? Justifier.
b) L'interrupteur est fermé mais la lampe 2 est grillée. La lampe 1 brille-t-elle ? Justifier.
a) Non, la lampe 1 ne brille pas. L'interrupteur ouvert coupe le circuit → le courant ne peut pas circuler.
b) Non, la lampe 1 ne brille pas. En série, si un composant est en panne (circuit ouvert), tout le circuit s'arrête.
Barème : 20 points
Complétez le tableau :
| Grandeur | Symbole | Unité | Abréviation |
|---|---|---|---|
| Puissance | ... | ... | ... |
| Résistance | ... | ... | ... |
| Tension | ... | ... | ... |
| Intensité | ... | ... | ... |
| Grandeur | Symbole | Unité | Abréviation |
|---|---|---|---|
| Puissance | P | Watt | W |
| Résistance | R | Ohm | Ω |
| Tension | U | Volt | V |
| Intensité | I | Ampère | A |
Complétez les phrases :
a) L'ampèremètre mesure l'... et se branche en ... .
b) Le voltmètre mesure la ... et se branche en ... .
a) L'ampèremètre mesure l'intensité et se branche en série.
b) Le voltmètre mesure la tension et se branche en parallèle.
Un générateur de 9 V alimente deux lampes en série. On mesure \(U_1 = 4\) V aux bornes de la première lampe.
a) Quelle est la tension aux bornes de la deuxième lampe ?
\(U_2 = U - U_1 = 9 - ... = ...\) V
a) \(U_2 = U - U_1 = 9 - 4 = \mathbf{5}\) V
Dans un atelier, deux machines sont branchées en parallèle sur le réseau 230 V :
a) Quelle est la tension aux bornes de chaque appareil ? Justifier.
b) Calculer l'intensité totale : \(I = I_1 + I_2 = ... + ... = ...\) A
a) Les appareils sont en parallèle : chacun reçoit la même tension que le générateur, soit \(U = \mathbf{230}\) V.
b) \(I = I_1 + I_2 = 3 + 1 = \mathbf{4}\) A
Un circuit en série comprend un générateur, un interrupteur et trois lampes.
a) L'interrupteur est fermé et toutes les lampes fonctionnent. On dévisse la lampe 2. Les lampes 1 et 3 brillent-elles encore ? Justifier.
b) Si les trois lampes étaient branchées en parallèle, la réponse serait-elle différente ? Justifier.
a) Non, les lampes 1 et 3 ne brillent plus. En série, si un composant est retiré (circuit ouvert), tout le circuit s'arrête.
b) Oui, en parallèle, chaque lampe a sa propre branche. Si la lampe 2 est retirée, les lampes 1 et 3 continuent de fonctionner car leurs branches restent fermées.
Barème : 20 points
Complétez le tableau des grandeurs électriques avec le symbole, l'unité, l'instrument de mesure et son branchement :
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument | Branchement |
|---|---|---|---|---|
| Tension | ? | ? | ? | ? |
| Intensité | ? | ? | ? | ? |
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument | Branchement |
|---|---|---|---|---|
| Tension | U | Volt (V) | Voltmètre | En parallèle |
| Intensité | I | Ampère (A) | Ampèremètre | En série |
Un générateur de 24 V alimente trois résistances en série. On mesure \(U_1 = 8\) V et \(U_2 = 10\) V.
a) Calculer la tension \(U_3\) aux bornes de la troisième résistance en utilisant la loi des mailles.
b) L'intensité mesurée en un point du circuit est \(I = 2\) A. Quelle est l'intensité qui traverse chaque résistance ? Justifier.
a) Loi des mailles : \(U = U_1 + U_2 + U_3\)
\(U_3 = 24 - 8 - 10 = \mathbf{6}\) V
b) En série, l'intensité est identique en tout point : \(I_1 = I_2 = I_3 = \mathbf{2}\) A.
Dans l'atelier d'un menuisier, trois machines sont branchées en parallèle sur le réseau 230 V :
a) Calculer l'intensité totale débitée par le tableau électrique (loi des nœuds).
b) Le disjoncteur se déclenche à 20 A. Va-t-il disjoncter ? Justifier.
a) Loi des nœuds : \(I = I_1 + I_2 + I_3 = 8 + 3 + 4{,}5 = \mathbf{15{,}5}\) A
b) \(I = 15{,}5\) A < 20 A. Le disjoncteur ne va pas disjoncter. Le circuit est en sécurité.
Effectuer les conversions suivantes :
a) 350 mA = ... A
b) 2{,}5 kV = ... V
c) 4 700 Ω = ... kΩ
d) 0{,}8 A = ... mA
a) \(350\) mA \(= 350 \times 0{,}001 = \mathbf{0{,}350}\) A
b) \(2{,}5\) kV \(= 2{,}5 \times 1\,000 = \mathbf{2\,500}\) V
c) \(4\,700\) Ω \(= 4\,700 \div 1\,000 = \mathbf{4{,}7}\) kΩ
d) \(0{,}8\) A \(= 0{,}8 \times 1\,000 = \mathbf{800}\) mA
Un élève veut mesurer l'intensité traversant une lampe. Il branche l'ampèremètre en parallèle aux bornes de la lampe.
a) Pourquoi ce branchement est-il dangereux ?
b) Comment aurait-il dû brancher l'ampèremètre ?
a) L'ampèremètre a une résistance interne très faible. Branché en parallèle, il provoque un court-circuit : destruction possible de l'appareil, voire départ de feu.
b) L'ampèremètre doit être branché en série : on coupe le fil pour l'insérer dans le circuit.
Barème : 20 points
Complétez le tableau des grandeurs électriques avec le symbole, l'unité, l'instrument de mesure et son branchement :
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument | Branchement |
|---|---|---|---|---|
| Intensité | ? | ? | ? | ? |
| Tension | ? | ? | ? | ? |
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument | Branchement |
|---|---|---|---|---|
| Intensité | I | Ampère (A) | Ampèremètre | En série |
| Tension | U | Volt (V) | Voltmètre | En parallèle |
Un générateur de 18 V alimente trois résistances en série. On mesure \(U_1 = 6\) V et \(U_2 = 7\) V.
a) Calculer la tension \(U_3\) aux bornes de la troisième résistance en utilisant la loi des mailles.
b) L'intensité mesurée en un point du circuit est \(I = 3\) A. Quelle est l'intensité qui traverse chaque résistance ? Justifier.
a) Loi des mailles : \(U = U_1 + U_2 + U_3\)
\(U_3 = 18 - 6 - 7 = \mathbf{5}\) V
b) En série, l'intensité est identique en tout point : \(I_1 = I_2 = I_3 = \mathbf{3}\) A.
Dans l'atelier d'un artisan menuisier, trois machines sont branchées en parallèle sur le réseau 230 V :
a) Calculer l'intensité totale débitée par le tableau électrique (loi des nœuds).
b) Le disjoncteur se déclenche à 16 A. Va-t-il disjoncter ? Justifier.
a) Loi des nœuds : \(I = I_1 + I_2 + I_3 = 6 + 4 + 2{,}5 = \mathbf{12{,}5}\) A
b) \(I = 12{,}5\) A < 16 A. Le disjoncteur ne va pas disjoncter. Le circuit est en sécurité.
Effectuer les conversions suivantes :
a) 750 mA = ... A
b) 1{,}5 kV = ... V
c) 3 200 Ω = ... kΩ
d) 0{,}25 A = ... mA
a) \(750\) mA \(= 750 \times 0{,}001 = \mathbf{0{,}750}\) A
b) \(1{,}5\) kV \(= 1{,}5 \times 1\,000 = \mathbf{1\,500}\) V
c) \(3\,200\) Ω \(= 3\,200 \div 1\,000 = \mathbf{3{,}2}\) kΩ
d) \(0{,}25\) A \(= 0{,}25 \times 1\,000 = \mathbf{250}\) mA
Un élève veut mesurer la tension aux bornes d'une lampe. Il branche le voltmètre en série dans le circuit.
a) Pourquoi ce branchement est-il incorrect ?
b) Comment aurait-il dû brancher le voltmètre ?
a) Le voltmètre a une résistance interne très élevée. Branché en série, il bloque pratiquement tout le courant : la lampe ne s'allume plus et la mesure est fausse.
b) Le voltmètre doit être branché en parallèle (en dérivation) aux bornes de la lampe.
Barème : 20 points
Un générateur de 12 V alimente deux résistances \(R_1 = 4\;\Omega\) et \(R_2 = 8\;\Omega\) en série.
a) Calculer la résistance totale du circuit.
b) Calculer l'intensité du courant.
c) Calculer la tension aux bornes de chaque résistance et vérifier la loi des mailles.
a) \(R_{tot} = R_1 + R_2 = 4 + 8 = \mathbf{12\;\Omega}\)
b) \(I = \dfrac{U}{R_{tot}} = \dfrac{12}{12} = \mathbf{1}\) A
c) \(U_1 = R_1 \times I = 4 \times 1 = \mathbf{4}\) V
\(U_2 = R_2 \times I = 8 \times 1 = \mathbf{8}\) V
Vérification : \(U_1 + U_2 = 4 + 8 = 12\) V \(= U\) ✓
Dans l'atelier d'un artisan menuisier, le tableau électrique alimente plusieurs appareils en parallèle sur 230 V. Le disjoncteur est calibré à 16 A. Les appareils suivants sont déjà en marche :
L'artisan veut brancher une défonceuse de 5 A.
a) Calculer l'intensité totale si la défonceuse est mise en marche.
b) Le disjoncteur va-t-il se déclencher ? Justifier.
c) Quelle solution l'artisan peut-il envisager ?
a) \(I = I_1 + I_2 + I_3 = 4 + 6 + 5 = \mathbf{15}\) A
b) \(I = 15\) A < 16 A. Le disjoncteur ne se déclenchera pas, mais on est très proche de la limite (marge de seulement 1 A).
c) L'artisan peut éteindre l'un des appareils en marche avant de brancher la défonceuse, ou faire installer un disjoncteur de calibre supérieur (20 A) avec un câblage adapté.
Au nœud A d'un circuit, arrivent deux courants \(I_1 = 5\) A et \(I_2 = 3\) A. Deux courants repartent : \(I_3 = 4\) A et \(I_4\) (inconnu).
a) Énoncer la loi des nœuds.
b) Calculer \(I_4\).
c) Vérifier que la loi est bien respectée.
a) Loi des nœuds : en tout nœud, la somme des intensités entrantes est égale à la somme des intensités sortantes : \(\sum I_{\text{entrant}} = \sum I_{\text{sortant}}\).
b) \(I_1 + I_2 = I_3 + I_4\)
\(5 + 3 = 4 + I_4\)
\(I_4 = 8 - 4 = \mathbf{4}\) A
c) Entrant : \(5 + 3 = 8\) A. Sortant : \(4 + 4 = 8\) A. \(8 = 8\) ✓
Expliquer pourquoi toutes les prises électriques d'un atelier de menuiserie sont branchées en parallèle (et non en série) sur le réseau 230 V. Donner au moins deux raisons.
Les prises de l'atelier sont en parallèle pour deux raisons principales :
Un générateur de 18 V alimente un circuit comprenant une résistance \(R_1 = 6\;\Omega\) en série avec deux résistances \(R_2 = 12\;\Omega\) et \(R_3 = 12\;\Omega\) branchées en parallèle entre elles.
a) Calculer la résistance équivalente \(R_{23}\) de \(R_2\) et \(R_3\) en parallèle.
b) Calculer la résistance totale du circuit.
c) En déduire l'intensité totale débitée par le générateur.
a) Formule produit/somme : \(R_{23} = \dfrac{R_2 \times R_3}{R_2 + R_3} = \dfrac{12 \times 12}{12 + 12} = \dfrac{144}{24} = \mathbf{6\;\Omega}\)
b) \(R_1\) est en série avec \(R_{23}\) : \(R_{tot} = R_1 + R_{23} = 6 + 6 = \mathbf{12\;\Omega}\)
c) \(I = \dfrac{U}{R_{tot}} = \dfrac{18}{12} = \mathbf{1{,}5}\) A
Barème : 20 points
Un générateur de 15 V alimente deux résistances \(R_1 = 5\;\Omega\) et \(R_2 = 10\;\Omega\) en série.
a) Calculer la résistance totale du circuit.
b) Calculer l'intensité du courant.
c) Calculer la tension aux bornes de chaque résistance et vérifier la loi des mailles.
a) \(R_{tot} = R_1 + R_2 = 5 + 10 = \mathbf{15\;\Omega}\)
b) \(I = \dfrac{U}{R_{tot}} = \dfrac{15}{15} = \mathbf{1}\) A
c) \(U_1 = R_1 \times I = 5 \times 1 = \mathbf{5}\) V
\(U_2 = R_2 \times I = 10 \times 1 = \mathbf{10}\) V
Vérification : \(U_1 + U_2 = 5 + 10 = 15\) V \(= U\) ✓
Dans l'atelier d'un menuisier, le tableau électrique alimente plusieurs appareils en parallèle sur 230 V. Le disjoncteur est calibré à 20 A. Les appareils suivants sont déjà en marche :
L'artisan veut brancher une perceuse de 6 A.
a) Calculer l'intensité totale si la perceuse est mise en marche.
b) Le disjoncteur va-t-il se déclencher ? Justifier.
c) Quelle solution l'artisan peut-il envisager si le disjoncteur était calibré à 16 A ?
a) \(I = I_1 + I_2 + I_3 = 7 + 5 + 6 = \mathbf{18}\) A
b) \(I = 18\) A < 20 A. Le disjoncteur ne se déclenchera pas, mais on est proche de la limite (marge de 2 A).
c) Avec un disjoncteur de 16 A, \(I = 18\) A > 16 A : le disjoncteur se déclencherait. L'artisan devrait éteindre un appareil avant de brancher la perceuse, ou faire installer un disjoncteur de calibre supérieur.
Au nœud A d'un circuit, arrivent deux courants \(I_1 = 6\) A et \(I_2 = 4\) A. Deux courants repartent : \(I_3 = 7\) A et \(I_4\) (inconnu).
a) Énoncer la loi des nœuds.
b) Calculer \(I_4\).
c) Vérifier que la loi est bien respectée.
a) Loi des nœuds : en tout nœud, la somme des intensités entrantes est égale à la somme des intensités sortantes : \(\sum I_{\text{entrant}} = \sum I_{\text{sortant}}\).
b) \(I_1 + I_2 = I_3 + I_4\)
\(6 + 4 = 7 + I_4\)
\(I_4 = 10 - 7 = \mathbf{3}\) A
c) Entrant : \(6 + 4 = 10\) A. Sortant : \(7 + 3 = 10\) A. \(10 = 10\) ✓
Expliquer pourquoi les guirlandes de Noël modernes sont branchées en parallèle plutôt qu'en série. Donner au moins deux raisons.
Les ampoules sont en parallèle pour deux raisons principales :
Un générateur de 24 V alimente un circuit comprenant une résistance \(R_1 = 8\;\Omega\) en série avec deux résistances \(R_2 = 16\;\Omega\) et \(R_3 = 16\;\Omega\) branchées en parallèle entre elles.
a) Calculer la résistance équivalente \(R_{23}\) de \(R_2\) et \(R_3\) en parallèle.
b) Calculer la résistance totale du circuit.
c) En déduire l'intensité totale débitée par le générateur.
a) Formule produit/somme : \(R_{23} = \dfrac{R_2 \times R_3}{R_2 + R_3} = \dfrac{16 \times 16}{16 + 16} = \dfrac{256}{32} = \mathbf{8\;\Omega}\)
b) \(R_1\) est en série avec \(R_{23}\) : \(R_{tot} = R_1 + R_{23} = 8 + 8 = \mathbf{16\;\Omega}\)
c) \(I = \dfrac{U}{R_{tot}} = \dfrac{24}{16} = \mathbf{1{,}5}\) A