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| Question | Points |
|---|---|
| Question 1 — Puissance, énergie, effet Joule | 1 |
| Question 2 — Intensité et porteurs de charge | 3 |
| Question 3 — Source réelle de tension | 2 |
| Question 4 — Source réelle de tension | 2 |
| Question 5 — Puissance, énergie, effet Joule | 2 |
| Question 6 — Puissance, énergie, effet Joule | 2 |
| Question 7 — Puissance, énergie, effet Joule | 2 |
| Question 8 — Rendement et bilan de puissance | 2 |
| Question 9 — Rendement et bilan de puissance | 4 |
| Total | 20 |
Partie A — Intensité et source
Question 1
1 ptCompétence : Puissance, énergie, effet Joule
La relation \(P = R\,I^2\) donne la puissance dissipée par effet Joule :
\(P = R\,I^2\) suppose \(U = R\,I\) : elle vaut pour un conducteur ohmique (ou pour la résistance interne d'une source). \(P = U\,I\) vaut pour tout dipôle.
Question 2
3 ptsCompétence : Intensité et porteurs de charge
Un courant de 0,20 A circule pendant 10 s. Calculer le nombre d'électrons qui ont traversé une section du circuit (\(e = 1{,}60\times10^{-19}\ \text{C}\)).
Barème : 1 pt Q = IΔt ; 1 pt N = Q/e ; 1 pt résultat.
\(Q = I\,\Delta t = 0{,}20\times10 = 2{,}0\ \text{C}\) ; \(N = \dfrac{Q}{e} = \dfrac{2{,}0}{1{,}60\times10^{-19}} = 1{,}25\times10^{19}\) électrons.
Question 3
2 ptsCompétence : Source réelle de tension
Une pile de f.é.m. 9,0 V et de résistance interne 1,2 Ω débite un courant de 0,50 A. Calculer la tension à ses bornes.
\(U = E - r\,I = 9{,}0 - 1{,}2\times0{,}50 = 8{,}4\ \text{V}\).
Question 4
2 ptsCompétence : Source réelle de tension
Une batterie affiche 12,0 V à vide et 11,2 V lorsqu'elle débite 4,0 A. Calculer sa résistance interne.
\(E = 12{,}0\ \text{V}\) ; \(r = \dfrac{E - U}{I} = \dfrac{12{,}0 - 11{,}2}{4{,}0} = 0{,}20\ \Omega\).
Partie B — Puissance et énergie
Question 5
2 ptsCompétence : Puissance, énergie, effet Joule
Quatre radiateurs de 1500 W chacun fonctionnent ensemble pendant 2 h 30 min. Calculer l'énergie consommée, en kWh.
Puissance totale : \(4\times1{,}5 = 6{,}0\ \text{kW}\) ; durée : \(2\ \text{h}\ 30\ \text{min} = 2{,}5\ \text{h}\).
\(E = P\,\Delta t = 6{,}0\times2{,}5 = 15\ \text{kWh}\).
Erreurs classiques : écrire 2 h 30 = 2,30 h ; oublier les quatre appareils ; garder les watts (on obtient des Wh).
Question 6
2 ptsCompétence : Puissance, énergie, effet Joule
Un conducteur ohmique de résistance 8,0 Ω est parcouru par un courant de 1,5 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule.
\(P_J = R\,I^2 = 8{,}0\times1{,}5^2 = 18\ \text{W}\).
Question 7
2 ptsCompétence : Puissance, énergie, effet Joule
Donner un exemple d'appareil dans lequel l'effet Joule est l'effet recherché, et un exemple où il constitue une perte. Comment limite-t-on les pertes par effet Joule dans les lignes électriques ?
Effet recherché : radiateur, bouilloire, grille-pain. Perte : moteur, câbles, chargeur. Lignes : pour une puissance donnée \(P = U\,I\), une très haute tension permet une intensité faible ; les pertes \(R\,I^2\) diminuent comme le carré de l'intensité.
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Partie C — Rendement et bilan
Question 8
2 ptsCompétence : Rendement et bilan de puissance
Un petit moteur reçoit une puissance électrique de 60 W et fournit une puissance mécanique de 45 W. Calculer son rendement, en pourcentage.
\(\eta = \dfrac{P_{utile}}{P_{reçue}} = \dfrac{45}{60} = 0{,}75\), soit 75 %. Les 15 W restants sont perdus (effet Joule, frottements).
Question 9
4 ptsCompétence : Rendement et bilan de puissance
Établir le bilan de puissance de la source : calculer la puissance fournie par la source idéale, la puissance perdue par effet Joule et la puissance utile transmise au circuit. Calculer la tension aux bornes de la source et vérifier la cohérence de vos résultats.
\(P_{fournie} = E\,I = 6{,}0\times2{,}0 = 12\ \text{W}\) ; \(P_J = r\,I^2 = 0{,}50\times2{,}0^2 = 2{,}0\ \text{W}\) ; \(P_{utile} = 12 - 2{,}0 = 10\ \text{W}\).
Vérification : \(U = E - r\,I = 6{,}0 - 1{,}0 = 5{,}0\ \text{V}\) et \(U\,I = 5{,}0\times2{,}0 = 10\ \text{W}\) ✓.