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SynergieGuidePFLP_2
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Page 20
Les lois de Kirchhoff
STE
(manuel, pages 196
à 202)
28. Déterminez la valeur des paramètres manquants dans les circuits suivants.
a)
U1
IT
6A
R1
R2
42 V
I2
6V
R3 = 2 I3
U3
IT
UT
29. Calculez la résistance équivalente dans chacun
des circuits suivants :
a) un circuit comprenant trois résisteurs,
de 10 , 40 et 50 , montés en série ;
100 b) un circuit comprenant trois résisteurs,
de 2 , 5 et 34 , montés en parallèle.
1,4 La relation entre la puissance et l’énergie
électrique ST STE ATS (manuel, pages 203
Comme il n’y a pas de nœud, il s’agit d’un circuit en série ;
donc IT = I1 = I2 = I3 = 6 A
Loi d’Ohm pour R3 : U3 = R3 I3 = 2 6 A = 12 V
Loi des mailles : 42 V = U1 + 6 V + U3 = U1 + 6 V + 12 V
donc U1 = 42 V – 6 V – 12 V = 24 V
Loi d’Ohm pour R1 et R2 : R1 = U1/I1 = 24 V/6 A = 4 et R2 = U2 /I2 = 6 V/6 A = 1 b)
Loi des mailles : UT = U1 = U2 = 12 V
Loi d’Ohm pour R1 : R1 = U1/I1 = 12 V/2 A = 6 R2 = R1 = 6 Loi d’Ohm pour R2 : I2 = U2 /R2 = 12 V/6 = 2 A
Loi des nœuds : IT = I1 + I2 = 2 A + 2 A = 4 A
R1
2 A 12 V R2
U2
et 204)
30. Calculez la puissance dissipée par une
cuisinière électrique alimentée par un courant
de 12,5 A provenant d’une source de 240 V.
3 000 W
31. Calculez la puissance d’un amplificateur
branché à une prise électrique de 120 V,
alors que sa résistance est de 96 .
150 W
I2
R1 = R2
SECTION
9
L’électromagnétisme
Manuel, pages 221 et 222
Les forces d’attraction et de répulsion
ST
STE
ATS
(pages 210 à 214)
1. a) Qu’est-ce qui distingue les substances
magnétiques des substances non magnétiques ? Les substances magnétiques sont
constituées d’éléments ferromagnétiques et
peuvent attirer ou repousser d’autres aimants.
Les substances non magnétiques ne contiennent
pas d’éléments ferromagnétiques et ne
subissent aucun effet lorsqu’elles sont placées
à proximité d’un aimant.
b) Donnez des exemples d’éléments ferromagnétiques. Le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel
(Ni) et le gadolinium (Gd).
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
c) Comment nomme-t-on les substances
qui possèdent un ferromagnétisme
permanent ? Les aimants.
2. a) Résumez la loi des pôles magnétiques.
Selon la loi des pôles magnétiques, les pôles de
même type se repoussent tandis que les pôles
de types différents s’attirent.
b) Quelle couleur utilise-t-on par convention
pour indiquer le pôle nord d’un aimant ?
La couleur rouge.
3. Indiquez le ou les comportements possibles
(attraction, répulsion ou aucun effet) lorsqu’on
approche:
a) un aimant d’un autre aimant ; Attraction ou
répulsion selon le type des pôles approchés.
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
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b) un aimant d’un métal ferromagnétique ;
Attraction.
c) un aimant d’un morceau d’aluminium ;
Aucun effet.
d) deux morceaux de fer l’un de l’autre ;
Aucun effet.
e) un morceau de fer en contact avec un
aimant d’un autre morceau de fer.
Attraction.
4. a) À l’aide de quel instrument de navigation
peut-on connaître la nature des pôles
d’un aimant ? La boussole.
b) Comment utilise-t-on cet instrument pour
déterminer le pôle sud d’un aimant ? Le pôle
sud d’un aimant attire la pointe rouge de l’aiguille de la boussole (celle qui indique le nord).
5. a) Expliquez, à l’aide de la théorie des
domaines magnétiques, l’origine de la
magnétisation de métaux comme le fer.
Les atomes des métaux ferromagnétiques se
comportent comme de minuscules aimants droits
ayant chacun leurs pôles sud et nord. Normalement, les pôles de ces atomes sont orientés au
hasard et leurs forces d’attraction et de répulsion
s’annulent. On peut magnétiser des matériaux
comme le fer en présence d’un aimant: les pôles
de tous les atomes s’orientent dans une même
direction, ce qui renforce leurs effets.
b) Comment un aimant cassé en deux formet-il deux aimants ayant chacun un pôle nord
et un pôle sud ? Dans les deux morceaux, les
aimants des atomes ont conservé leur orientation. Dans chaque morceau, ils sont donc tous
orientés de la même manière ; ainsi, les deux
morceaux sont des aimants avec un pôle nord et
un pôle sud.
6. a) Comment peut-on magnétiser de façon plus
ou moins prolongée certaines substances
ferromagnétiques ? En frottant ces
substances toujours dans le même sens
avec un aimant : cela oriente les pôles des
atomes dans une même direction.
b) Une fois magnétisées, comment ces
substances se comportent-elles ?
Comme des aimants.
7. a) Qu’est-ce qu’un champ magnétique ?
Un champ magnétique est un espace invisible
qui entoure un aimant et à l’intérieur duquel les
forces magnétiques peuvent s’exercer sur
d’autres aimants ou sur des substances ferromagnétiques.
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b) Quelle substance peut-on utiliser pour
visualiser les lignes de champ ?
De la limaille de fer.
c) Quel instrument peut-on utiliser pour
connaître le sens et l’orientation d’un
champ magnétique ? Une boussole.
8. a) Dans quel sens les lignes de champ
passent-elles entre les deux pôles d’un
aimant droit ? Les lignes de champ sortent du
pôle nord et entrent dans le pôle sud de
l’aimant.
b) Qu’indique la densité des lignes de champ
autour d’un aimant ? La densité des lignes
de champ indique l’intensité du champ
magnétique : plus les lignes sont rapprochées,
plus l’intensité du champ magnétique est fort ;
moins les lignes sont rapprochées, plus l’intensité du champ magnétique est faible.
Le champ magnétique d’un fil parcouru
par un courant ST STE ATS (page 215)
9. a) Exprimez dans vos mots ce qu’est
la première règle de la main droite.
Le pouce de la main droite représente le fil et
est pointé dans le sens du courant conventionnel (I). Les autres doigts s’enroulent
dans le sens des lignes du champ magnétique.
b) Que permet-elle de connaître ?
L’orientation des lignes du champ magnétique
créé par un fil rectiligne parcouru par un
courant.
10. Laquelle des trois figures suivantes comporte
une erreur ? Expliquez votre réponse.
a)
I
b)
I
c)
Légende
I Courant conventionnel
e Sens du déplacement des électrons
e
Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
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La figure a est fausse, car selon la première règle de
la main droite, les lignes de champ devraient être
orientées dans l’autre sens. Les deux autres figures
sont en accord avec les premières règles de la main
droite ou de la main gauche.
Le champ magnétique d’un solénoïde
STE
ATS
(pages 216 à 218)
11. a) Qu’est-ce qu’un solénoïde ? Un solénoïde est
un bobinage de fil conducteur formé par une
succession de spires enroulées à la manière
d’un ressort.
b) Quel phénomène observe-t-on lorsqu’un
courant passe dans un solénoïde ?
Quand il est parcouru par un courant, un
solénoïde se comporte comme un aimant. À l’intérieur, les lignes de champ sont parallèles, à
l’extérieur elles sont similaires à celles d’un
aimant droit.
12. a) Laquelle des trois figures suivantes
comporte une erreur ? Expliquez votre
réponse. La figure a est incorrecte, car selon la
seconde règle de la main droite (utilisée pour
les solénoïdes) les lignes de champ devraient
être orientées en sens contraire.
13. a) Comment nomme-t-on un solénoïde dans
lequel on a introduit une tige faite d’une
substance ferromagnétique ?
Un électroaimant.
b) Quel avantage présente ce type de
solénoïde par rapport à un aimant droit ?
D’abord, il est possible de l’activer ou de le
désactiver en faisant passer ou non un courant
dans le solénoïde. Ensuite, on peut modifier la
force du champ magnétique qu’il produit en
changeant certains facteurs : l’intensité du
courant qui le traverse, la densité des spires
(leur nombre et leur espacement) qui le composent et la taille de l’électroaimant. Enfin, on
peut augmenter la force du champ magnétique
d’un solénoïde en ajoutant en son centre une
tige d’une substance possédant un ferromagnétisme non permanent, comme du fer doux.
14. Dans chacune des quatre paires de figures
suivantes, laquelle des figures produit le plus
fort champ magnétique ? Justifiez chacune de
vos réponses.
a)
a)
Tige de fer doux
b)
I
b)
c)
e
d)
c)
I
Légende
I Courant conventionnel
e Sens du déplacement des électrons
b) Pour chacune des deux figures ne
comportant pas d’erreur, indiquez si le
pôle nord se trouve à gauche ou à droite
du solénoïde. Pour la figure b le pôle nord est
à gauche, car les lignes de champ sortent de ce
pôle. Pour la figure c le pôle nord est à droite,
car les lignes de champ sortent de ce pôle.
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
Légende
I Courant conventionnel
Pour la figure a, le solénoïde de droite, car il comporte un
noyau en fer doux alors que l’intensité du courant qui le
traverse est la même que pour le solénoïde de gauche.
Pour la figure b, le solénoïde de gauche, car il est
identique à celui de droite mais est traversé par un
courant beaucoup plus intense.
Pour la figure c, le solénoïde de gauche génère le champ
magnétique le plus fort, car il compte plus de spires que
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celui de droite et qu’il s’agit-là de la seule différence
entre les deux solénoïdes.
Pour la figure d, le solénoïde de gauche génère le champ
magnétique le plus fort, car ses spires ont un diamètre
plus petit et qu’il s’agit-là de la seule différence entre les
deux solénoïdes.
L’induction électromagnétique
ATS
(pages 219 et 220)
15. a) Expliquez en quoi consiste la version simplifiée de l’expérience de Michael Faraday et
de Joseph Henry. Cette expérience consiste
à bouger un aimant droit à l’intérieur d’un
solénoïde dont les bornes sont reliées à celles
d’une ampoule. Quand l’aimant est en mouvement par rapport au solénoïde, l’ampoule
s’allume, ce qui prouve qu’un courant électrique
est induit dans le fil du solénoïde. Quand
l’aimant est immobile par rapport au solénoïde,
l’ampoule demeure éteinte.
b) Qu’ont-ils démontré par cette expérience ?
Cette expérience démontre qu’un champ magnétique peut, dans certaines conditions, générer
un courant électrique.
c) En quoi cette découverte est-elle utile de
nos jours ? La principale application de cette
découverte est la génératrice électrique, qui
permet de produire efficacement du courant
électrique.
16. Expliquez en quoi l’électromagnétisme et l’induction électromagnétique sont deux principes
réciproques. L’électromagnétisme et l’induction
électromagnétique sont deux relations réciproques
qui ont pour points communs le courant électrique et
le champ magnétique. L’électromagnétisme est la
création d’un champ magnétique par un conducteur
parcouru par un courant électrique, tandis que
l’induction électromagnétique est la création d’un
courant électrique dans un conducteur soumis à un
champ magnétique en mouvement.
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