Section 3 Ingénierie Ãlectrique
DA TE : UT 3.1 3/3 Fiche ACTIVITÉ Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. xs 60 cycles 1 s 1 cycle 1 s 0,016 7 s 60 6 1 s 60 Synergie • UT S3 • Corrigé Synergie • Univers technologique • Concept 3.1 Réponse : 0,1 s 1 s 0,1 s 60 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Temps que prennent les 6 cycles 6 T 6 T b) Calculez le temps que prennent les six cycles représentés dans le graphique de la figure 3. Réponse : 0,016 7 s Ainsi, T 0,016 7 s 1 cycle x s 60 cycles 1 s f 60 Hz 60 cycles/s 펂 1 1 1 0,016 7 s 60 Hz f 60 s 1 continu ATS alternatif et celle qui fournit du courant sens. alternatif sens . se distingue du courant continu par le fait qu’il 1/2 C3 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Synergie • Univers technologique • Concept 3.1 Figure 1 Le circuit électrique permettant d’allumer deux ampoules branchées en parallèle. circuit électrique de la figure 1. 3. À l’aide de flèches, indiquez le sens du courant électrique dans chacune des branches du un séchoir à cheveux, etc. b) des sources de courant alternatif. Plusieurs réponses possibles. Exemple : Un robot culinaire, une bouilloire, une télécommande pour appareil électronique, etc. 7 a) des sources de courant continu. Plusieurs réponses possibles. Exemple : Un téléphone cellulaire, un lecteur MP3, 2. Citez trois exemples d’appareils fonctionnant avec : d) Les onduleurs sont des dispositifs qui permettent de convertir le courant continu alternatif en courant . change périodiquement de c) Le courant UT 3.1 Fiche SAVOIRS types de sources d’alimentation : celle qui fournit du STE b) Dans un circuit électrique qui fonctionne avec du courant continu, courant même le circule toujours dans le courant ST DA TE : . 16:29 Méthode 2 T Manuel, p. 453 et 454 1. Complétez les phrases suivantes. deux a) Il existe É C O R R I G ÉGROUPE : 3.1 La fonction d’alimentation NOM : 10/02/09 Méthode 1 a) Calculez la valeur numérique de la période (T ) de cette fonction. La fréquence (f) de la fonction représentée à la page précédente est de 60 Hz, c’est-à-dire qu’elle fait 60 « allers-retours » par seconde (ou cycles/s). Chaque cycle se compose de deux alternances : une avec des valeurs positives de la tension électrique et une autre avec des valeurs négatives. Dans le graphique de la figure 3, les cycles sont séparés par des lignes pointillées verticales. Le temps qui sépare deux lignes verticales se nomme période (T ) de la fonction périodique. Répondez aux questions suivantes et laissez la trace de vos calculs dans les encadrés ci-dessous. C O R R I G ÉGROUPE : CONCEPT NOM : 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 3 C O R R I G ÉGROUPE : DA TE : UT 3.1 C4 0 0,01 0,02 0,03 0,04 Temps (s) 0,05 Synergie • UT S3 • Corrigé Tension électrique (V) 0,07 0,08 0,09 0,1 펂 x cycles 50 Hz 0,02 s 1 s 1 cycle 50 cycles 8 Synergie • Univers technologique • Concept 3.1 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. fréquence est de 50 Hz, alors qu’au Québec elle est de 60 Hz. Oui, les fréquences sont différentes en France et au Québec. En France, la en France ? d) La fréquence de la tension électrique au Québec est-elle différente de la fréquence utilisée Réponse : f 50 cycles/s 50 Hz 1 s x cycles 0,02 s 1 cycle f nombre de cycles en 1 seconde T temps que prend un cycle 0,02 s l’encadré ci-dessous. c) Quelle est fréquence (f) de la tension électrique ? Laissez une trace de vos calculs dans Ainsi, d’après le graphique, T = 0,02 s. b) Quelle est la période (T ) de la variation de la tension électrique ? La période est le temps qui correspond à deux alternances consécutives (un cycle). 16:29 a) Quelle est la valeur maximale de la tension électrique ? D’après le graphique, la valeur maximale de la tension électrique est égale à 220 V. À partir du graphique de la figure 2, répondez aux questions suivantes : 0,06 Variation sinusoïdale de la tension électrique en France 10/02/09 Figure 2 La variation sinusoïdale de la tension électrique en France. 220 110 0 110 220 domestique en France. 2/2 Fiche SAVOIRS 4. La figure 2 présente le graphique de la variation sinusoïdale de la tension électrique NOM : 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 4 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. DA TE : Manuel, p. 455 à 458 protection ST STE ATS courant UT 3.2 qui permet électrique. est assurée par l’isolant qui empêche les fuites circuit à l’extérieur du circuit électrique. isolation de passer dans l’ensemble du conducteur 1/1 Fiche SAVOIRS ATS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Argent Or Résisteur A ±10 % ±5 % ±20 % ±1 % ±2 % 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 ±0,50 % ±0,25 % ±0,10 % ±0,05 % Tolérance Multiplicateur Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Chiffres significatifs Argent Or ±0,50 % ±0,25 % ±0,10 % ±0,05 % ±10 % ±5 % ±20 % ±1 % ±2 % Tolérance Résisteur B 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 Multiplicateur ATS Manuel, p. 459 et 460 ST STE DA TE : ATS UT 3.3 1/1 Fiche SAVOIRS ATS Interrupteur bipolaire ouvert ATS bidirectionnels pour contiennent les ampoules. branches en parallèle qui placé à l’extérieur des trois doit être obligatoirement Remarque : L’interrupteur Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 15 3.3.2 Les types d’interrupteurs, figure 82). Ce type de montage se nomme « va-et-vient ». Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 d’une habitation à l’aide de deux interrupteurs bidirectionnels (manuel, page 460, ce qui empêche alors le courant de circuler. 14 Il est possible de commander la même ampoule à partir de deux endroits différents en raison d’un court-circuit ou d’une surcharge, le fil ou la lamelle fond ou se brise, commander la même ampoule à partir de deux endroits différents d’une habitation ? Quel est le nom d’un tel montage ? STE ATS 4. À l’aide de quelles composantes électriques peut-on réaliser un circuit qui permet de possibles. Exemple : Plusieurs réponses en parallèle. Dessinez ce circuit dans l’encadré ci-dessous en y ajoutant la fonction de commande qui permet d’allumer et d’éteindre les trois ampoules simultanément. Servez-vous d’un ou de plusieurs interrupteurs unipolaires. STE ATS 3. Soit un circuit comportant une source d’alimentation alternative et trois ampoules branchées Interrupteur unipolaire ouvert 2. Donnez la signification des symboles normalisés suivants. STE contrôler un même circuit d’éclairage. STE d) Dans les habitations, on peut utiliser deux interrupteurs unipolaires b) Les interrupteurs peuvent être ou bipolaires, unidirectionnels bidirectionnels ou . STE ATS unipolaire c) L’interrupteur permet de déconnecter en un point alimentation l’ du circuit électrique. STE ATS interrupteur a) La fonction de commande est assurée par un qui permet d’ouvrir fermer circuit ou de un électrique. 1. Complétez les phrases suivantes. É C O R R I G ÉGROUPE : 3.3 La fonction de commande NOM : plomb inséré dans une cartouche. Lorsque l’intensité du courant devient trop grande 4. Qu’est-ce qu’un fusible et quel est son rôle ? Un fusible est un dispositif de protection qui est constitué d’un fil ou d’une lamelle de Résisteur B : R = 240 10 5 ⏲ ± 5 % 24 M⏲ ± 5 % Résisteur A : R = 025 10 3 ⏲ ± 10 % 25 k⏲ ± 10 % Figure 1 Deux résisteurs avec leurs anneaux de couleur. Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc Chiffres significatifs Noir Rouge Vert 3. Quelles sont les valeurs des résistances (R) des deux résisteurs suivants ? STE On les appelle des résisteurs. circuits imprimés ? STE 2. Comment appelle-t-on les composantes qui remplissent la fonction de résistance dans les pistes d) Dans un circuit imprimé, la fonction de conduction est assurée par des composantes conductrices sur lesquelles sont soudées les électroniques. coupe c) La fonction de protection est assurée par un dispositif qui le passage courant du lorsque le circuit électrique ne fonctionne pas normalement. b) La fonction d’ courant de au 1. Complétez les phrases suivantes. fonction a) La de conduction est assurée par le É CONCEPT C O R R I G ÉGROUPE : 3.2 Les fonctions de conduction, d’isolation et de Orange CONCEPT NOM : Argent Synergie • UT S3 • Corrigé Rouge Jaune Noir 16:29 Vert C6 10/02/09 Or 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 6 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. DA TE : Manuel, p. 455 à 458 protection ST STE ATS courant UT 3.2 qui permet électrique. est assurée par l’isolant qui empêche les fuites circuit à l’extérieur du circuit électrique. isolation de passer dans l’ensemble du conducteur 1/1 Fiche SAVOIRS ATS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Argent Or Résisteur A ±10 % ±5 % ±20 % ±1 % ±2 % 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 ±0,50 % ±0,25 % ±0,10 % ±0,05 % Tolérance Multiplicateur Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Chiffres significatifs Argent Or ±0,50 % ±0,25 % ±0,10 % ±0,05 % ±10 % ±5 % ±20 % ±1 % ±2 % Tolérance Résisteur B 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 Multiplicateur ATS Manuel, p. 459 et 460 ST STE DA TE : ATS UT 3.3 1/1 Fiche SAVOIRS ATS Interrupteur bipolaire ouvert ATS bidirectionnels pour contiennent les ampoules. branches en parallèle qui placé à l’extérieur des trois doit être obligatoirement Remarque : L’interrupteur Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 15 3.3.2 Les types d’interrupteurs, figure 82). Ce type de montage se nomme « va-et-vient ». Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 d’une habitation à l’aide de deux interrupteurs bidirectionnels (manuel, page 460, ce qui empêche alors le courant de circuler. 14 Il est possible de commander la même ampoule à partir de deux endroits différents en raison d’un court-circuit ou d’une surcharge, le fil ou la lamelle fond ou se brise, commander la même ampoule à partir de deux endroits différents d’une habitation ? Quel est le nom d’un tel montage ? STE ATS 4. À l’aide de quelles composantes électriques peut-on réaliser un circuit qui permet de possibles. Exemple : Plusieurs réponses en parallèle. Dessinez ce circuit dans l’encadré ci-dessous en y ajoutant la fonction de commande qui permet d’allumer et d’éteindre les trois ampoules simultanément. Servez-vous d’un ou de plusieurs interrupteurs unipolaires. STE ATS 3. Soit un circuit comportant une source d’alimentation alternative et trois ampoules branchées Interrupteur unipolaire ouvert 2. Donnez la signification des symboles normalisés suivants. STE contrôler un même circuit d’éclairage. STE d) Dans les habitations, on peut utiliser deux interrupteurs unipolaires b) Les interrupteurs peuvent être ou bipolaires, unidirectionnels bidirectionnels ou . STE ATS unipolaire c) L’interrupteur permet de déconnecter en un point alimentation l’ du circuit électrique. STE ATS interrupteur a) La fonction de commande est assurée par un qui permet d’ouvrir fermer circuit ou de un électrique. 1. Complétez les phrases suivantes. É C O R R I G ÉGROUPE : 3.3 La fonction de commande NOM : plomb inséré dans une cartouche. Lorsque l’intensité du courant devient trop grande 4. Qu’est-ce qu’un fusible et quel est son rôle ? Un fusible est un dispositif de protection qui est constitué d’un fil ou d’une lamelle de Résisteur B : R = 240 10 5 ⏲ ± 5 % 24 M⏲ ± 5 % Résisteur A : R = 025 10 3 ⏲ ± 10 % 25 k⏲ ± 10 % Figure 1 Deux résisteurs avec leurs anneaux de couleur. Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc Chiffres significatifs Noir Rouge Vert 3. Quelles sont les valeurs des résistances (R) des deux résisteurs suivants ? STE On les appelle des résisteurs. circuits imprimés ? STE 2. Comment appelle-t-on les composantes qui remplissent la fonction de résistance dans les pistes d) Dans un circuit imprimé, la fonction de conduction est assurée par des composantes conductrices sur lesquelles sont soudées les électroniques. coupe c) La fonction de protection est assurée par un dispositif qui le passage courant du lorsque le circuit électrique ne fonctionne pas normalement. b) La fonction d’ courant de au 1. Complétez les phrases suivantes. fonction a) La de conduction est assurée par le É CONCEPT C O R R I G ÉGROUPE : 3.2 Les fonctions de conduction, d’isolation et de Orange CONCEPT NOM : Argent Synergie • UT S3 • Corrigé Rouge Jaune Noir 16:29 Vert C6 10/02/09 Or 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 6 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. DA TE : UT 3.4 ST ATS Manuel, p. 461 à 463 STE de l’ énergie est assurée par la , de chaleur Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Mécanique Électrique Électrique Synergie • UT S3 • Corrigé 16 C7 Haut-parleur Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 Moteur Avertisseur sonore Moteur électrique Plusieurs réponses possibles. Exemple : Sonnerie électrique. Séchoir à cheveux Plusieurs réponses possibles. Exemple : Grille-pain. Ampoule Exemple d’appareil . Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 3. Dessinez les symboles normalisés des composantes suivantes. Chaleur Mécanique Électrique Lumineuse Chaleur Électrique Énergie finale Électrique Énergie initiale Des appareils permettant de transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie 2. Complétez le tableau suivant. passage du courant. d) On peut transformer l’énergie électrique en chaleur lorsqu’on fait passer un courant résistance électrique à travers un matériau qui offre une pour mécanique électricité ou d’énergie c) Les différentes composantes d’éclairage transforment l’ lumière produire de la . rayonnement DA TE : UT 3.4 2/2 Fiche SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. c) La mécanique : Moteur électrique. a) La lumière : Phares. b) La chaleur : Sièges chauffants. Synergie • Univers technologique • Concepts 3.2 à 3.4 différentes formes d’énergie. Donnez un exemple d’application pour chacune des transformations énergétiques suivantes dans un tel véhicule. 17 5. Les voitures électriques sont des systèmes complexes qui transforment l’énergie électrique en 3.4.1 La transformation de l’électricité en lumière, figure 84 a)]. est scellée sous vide pour éviter la combustion du filament [manuel, page 461, (W) qui s’échauffe et émet de la lumière. L’ampoule est remplie d’un gaz inerte ou 16:29 de au en une autre forme d’énergie. b) La fonction de transformation permet de transformer l’électricité produite par la source lumière d’alimentation de façon à l’utiliser sous forme de ou électrique C O R R I G ÉGROUPE : 4. Comment fonctionne une ampoule à incandescence ? Le courant électrique pénètre dans l’ampoule et traverse un filament de tungstène NOM : 10/02/09 composante qui transforme de l’énergie 1/2 Fiche SAVOIRS 3.4 La fonction de transformation de l’énergie C O R R I G ÉGROUPE : 1. Complétez les phrases suivantes. a) La fonction de transformation É CONCEPT NOM : 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 7 DA TE : UT 3.5 3/3 Fiche ACTIVITÉ Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 22 Synergie • Univers technologique • Concept 3.5 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. clignotement à cause de la persistance rétinienne. UT 3.5 ATS Manuel, p. 464 à 467 STE amplificateur lumière courant haute tension. ATS basse et lorsqu’elles que dans Synergie • UT S3 • Corrigé C9 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. Synergie • Univers technologique • Concept 3.5 inverse de celui du courant (sens bloquant). 23 La diode électroluminescente ne s’allumera pas, car elle est branchée dans le sens Figure 1 Un circuit électrique en série comprenant une diode électroluminescente (DEL), un résisteur, une pile et un interrupteur. Justifiez votre réponse. 3. Observez le circuit de la figure 1, et dites si la diode électroluminescente (DEL) s’allumera. le bloc d’alimentation d’un ordinateur. 2. Nommez deux appareils qui utilisent des condensateurs. Plusieurs réponses possibles. Exemple : Le flash d’un appareil photographique et sous tension alors que les dispositifs qu’ils commandent fonctionnent e) Les relais permettent d’utiliser des interrupteurs fonctionnant sous d) Le transistor est une composante qui sert à la fois d’ interrupteur d’ du courant. ATS c) Les diodes dites « électroluminescentes » émettent de la courant sont traversées par un électrique. b) La fonction de la diode est de n’autoriser le passage du sens un seul . charge a) Lorsqu’on met sous tension un condensateur, il se et emmagasine énergie de l’ électrique qu’il pourra fournir ultérieurement. 1/2 Fiche SAVOIRS 16:29 – Si la fréquence est trop élevée, nos yeux ne seront pas capables de détecter le électroluminescentes clignoter. – Si la fréquence est assez faible, il sera possible de voir les diodes DA TE : du transistor et du relais semi-conducteur 1. Complétez les phrases suivantes. É C O R R I G ÉGROUPE : 3.5 Les fonctions du condensateur, de la diode, NOM : 10/02/09 tour de rôle : elles vont clignoter. – Il s’ensuit donc qu’avec ce montage les diodes électroluminescentes vont s’allumer à éteinte. montre) : La diode électroluminescente du haut s’allume alors que celle du bas est – Seconde partie du cycle (courant dans le sens contraire à celui des aiguilles d’une électroluminescente du haut s’oppose au courant alors que celle du bas s’allume. 5. Expliquez le fonctionnement du circuit de la figure 3 lorsque l’interrupteur est fermé. – Première partie du cycle (courant dans le sens des aiguilles d’une montre) : La diode C O R R I G ÉGROUPE : CONCEPT NOM : 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 9 C O R R I G ÉGROUPE : C10 B E C UT 3.5 2/2 Fiche SAVOIRS Figure 2 Le symbole normalisé d’un transistor. DA TE : Circuit à haute tension Synergie • UT S3 • Corrigé 24 Synergie • Univers technologique • Concept 3.5 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. permet le passage du courant dans le circuit à haute tension. lorsqu’on ferme l’interrupteur du circuit à basse tension, le relais s’enclenche et C’est le circuit à basse tension qui assure la fonction de commande. En effet, Dites lequel des deux circuits assure la fonction de commande. Justifiez votre réponse. 16:29 Figure 3 Un exemple de l’utilisation d’un relais comme interface entre deux circuits. Relais 10/02/09 Circuit à basse tension deux circuits, l’un à basse tension et l’autre à haute tension. ATS 5. Comme il est indiqué dans la figure 3, un relais est généralement utilisé comme interface entre Il s’agit d’un transistor bipolaire PNP. la figure 1 et précisez s’il s’agit d’un transistor bipolaire de type NPN ou PNP. ATS 4. Complétez le symbole normalisé du transistor de NOM : 4381G-Concepts_UTS3-CorrTDM_1 Page 10 Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
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