Chapitre 9

1. Chapitre 9 Correction des exercices

2. Exercice 26 p 161 P N Données : r = 1,2 Ω UAB = 6,0 V P = 2,4 W ● ● 1) ● ● A B 2) Toute la puissance électrique reçue par l'ampoule est convertie en énergie sous forme de chaleur, une partie de ce transfert thermique débouche sur une énergie rayonnante visible et invisible. L'intensité du courant électrique traversant le filament est donnée par la relation liant tension aux bornes de l'ampoule, l'intensité du courant la parcourant et la puissance de la lampe : P = UAB x I donc I = P / UAB= 2,4 / 6,0 = 4,0.10-1 A La puissance dissipée par effet Joule a pour expression : PJ = RI2 Comme PJ et P sont égales dans le cas d'une ampoule : R = P / I2= 2,4 / (4,0.10-1)2 = 15 Ω

3. Exercice 26 p 161 3) La puissance dissipée par effet Joule dans la génératrice est exprimée par la même relation en remplaçant R par r, l'intensité du courant issue de la génératrice étant égale à celle traversant la lampe : Pg = rI2= 1,2 x (4,0.10-1)2 = 1,9.10-1 W La puissance dissipée dans l'ampoule est plus grande que celle dissipée dans la génératrice (12 x plus grande). 4) La puissance reçue par la génératrice est un travail mécanique fourni par la roue. La lampe reçoit 2,4 W, c'est la partie de la puissance fournie par la génératrice moins celle qui a été perdue par effet Joule d'où : PAB = PPN = E.I - rI2 = 2,4 W On en déduit que la puissance fournie par le travail mécanique est : E.I = PAB + rI2 A.N. : E.I = 2,4 + 1,9.10-1 = 2,6 W et donc E = (PAB + rI2) / I = 2,6 / 4,0.10-1 = 6,5 V

4. Exercice 28 p 162 Une ampoule à incandescence reçoit de l'énergie électrique qu'elle transforme en énergie rayonnée et en énergie dissipée par effet Joule. 1) Selon la loi d'Ohm, nous avons U = RI avec U : tension aux bornes de la lampe en volt, R : résistance de l'ampoule en Ohm et I : intensité du courant traversant l'ampoule en Ampère. A 975 K : R1 = U / I= 2,02 / 1,22 = 1,66 Ω A 2970 K : R2 = U / I = 24,8 / 4,53 = 5,47 Ω R croît avec la température. 2) La puissance électrique reçue (W) est égale au produit de la tension aux bornes de l'ampoule (V) par l'intensité du courant (A) qui la traverse : Per = UI La puissance cédée par transfert thermique est égale à la différence entre la puissance électrique reçue et la puissance rayonnée par l'ampoule : Pth = Per - Pray

5. Exercice 28 p 161 La puissance perdue par transfert thermique représente une partie de plus en plus faible de la puissance reçue au fur et à mesure que la température augmente. À 975 K, Pth représente la moitié de Per, à 1832 K, Pth ne représente plus qu'1/5 de Per et cela tombe à 1/10 à 2585 K. 3) Loi de Wien : λm = A / T = 2900 / 2970 = 0,97 μm Le spectre du visible est compris entre 400 et 800 nm. La longueur d'onde λm appartient à l'infrarouge. En fait, la majeure partie du rayonnement d'une ampoule se fait en lumière non perceptible par l'homme, seule une fraction de ce rayonnement appartient au spectre du visible.

6. Exercice 32 p 162 Données : E' = 1,32 V r' = 1,80 V 1)Schéma : 2) En charge, un accumulateur se comporte comme un récepteur et nous avons : UAB = E' + r'I 3) a - Pour exprimer Q en A.s, il faut convertir 1 h en seconde et I en A dans le produit. Q = I . Δt= 1100.10-3 x 3600 = 3,96.103A.s b - L'énergie électrique reçue est égale au produit de la puissance reçue par le temps de transfert : Wer = UAB . I . Δt = UAB . Q Wer = (E' + r'I) . Q = r'Q . I + E'Q I étant une variable et Q, r', E' des constantes, cette équation est celle d'une droite croissante avec pour I = 0 mA, Wer = E'Q et un coefficient directeur r'Q. E’ + r’I ● ● A B UAB

7. Exercice 32 I = 10 mA Δt = 110 h Wer = 5,30 kJ I = 200 mA Δt = 5 h 30 Wer = 6,65 kJ c) Commedans un électrolyseur, ΔU représente l’énergie chimique emmagasinée par l’accumulateur fonctionnant en récepteur : ΔU = E’I Δt = E’Q Cette énergie ne dépend pas de I et va donner une droite constante située à Wer = E’Q = 1,32 x 3,96.103 = 5,23 kJ La différence entre ΔU et Wer représente l’énergie dissipée par effet Joule. Cette énergie augmente avec la valeur de I. Il faut donc faire un compromis entre la durée de charge et l’énergie perdue par effet Joule.

8. Chapitre 9 C’est fini…