Section 3 Ingénierie Électrique

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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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
.
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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
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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
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