SOMMAIRE CHIMIE CAP - lewebpedagogique.com

CahierCAPsciences pepdf.doc Le 19/04/12 page 1 / 31

SOMMAIRE CHIMIE CAP

Chapitre 1 SECURITE en Chimie, pictogrammes

Chapitre 2 L’élément chimique, la classification périodique

Vidéo Mendéléïev

Chapitre 3 La Mole cours Masse molaire atomique

TP mole : Détermination du nombre de moles

sur différents matériaux (métaux + sucre …)

Chapitre 4 Molécules, Liaison covalente

TP molécules en 3D, recherche d’atomes,

de liaison covalente et de masse molaire

Chapitre 5 Les Ions

TP identification des ions dans l’eau

Chapitre 6 TP : Electrolyse de l’eau. Introduction au courant électrique


Chapitre 1

A.) PICTOGRAMMES de SECURITE / DANGER

Les anciens pictogrammes de sécurité Les nouveaux pictogrammes de danger. 2010

T ou T+

Toxique, Très toxique Ça tue !

Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, leproduit peut entraîner la mort ou de gravesséquelles.A ne manipuler qu’avec des masques et des gants !

Ces produits empoisonnent rapidement, même àfaible dose. Ils peuvent provoquer des effets trèsvariés sur l’organisme : nausées, vomissements,maux de tête, perte de connaissance ou d’autrestroubles plus importants entraînant la mort.

Xn ou Xi

Nocif, Irritant Ça empoisonne, ça pique !

Ne pas avaler ni respirer ces produits nocifs ouirritants !Par contact avec la peau ou les muqueuses, ilspeuvent provoquer des réactions inflammatoires(mention Xn – irritant)Ce symbole – la fameuse croix de Saint André –sera remplacé, dans la nouvelle classification, par lesymbole suivant :

Ces produits chimiques peuvent avoir les effetssuivants :- ils empoisonnent à forte dose- ils sont irritants pour les yeux, la gorge, le nez oula peau- ils peuvent causer des allergies cutanées(eczémas)- ils peuvent provoquer une somnolence ou desvertiges

E

Explosif Ces produits peuvent exploser au contact d’uneflamme, d’une étincelle, de l’électricité statique ousous l’effet de la chaleur, d’un choc ou d’unfrottement.

F ou F+

Inflammable, Très inflammable Ça Flambe!

Peut s’enflammer facilement.Utilisez ce produit loin d’une flamme oud’une source d’étincelles !

Ces produits peuvent s’enflammer, suivant les cas :- au contact d’une flamme ou d’une étincelle- sous l’effet de la chaleur ou d’un frottement- au contact de l’air (en s’évaporant certainsproduits dégagent des gaz qui s’enflammentspontanément)

O

Comburant Ça brûle Ces produits peuvent provoquer ou aggraver unincendie, voire provoquer une explosion s’ils setrouvent en présence de produits inflammables. Onles appelle des produits comburants.

C

Corrosif Ça ronge Ces produits sont corrosifs, suivant les cas :- ils attaquent ou détruisent les métaux- ils peuvent « ronger » la peau et attaquer les yeuxen cas de projection.

N

Nocif pour l’environnement Ces produits peuvent avoir des effets néfastes surl’environnement, en particulier sur les organismesdu milieu aquatique : poissons, crustacés, algues etautres plantes aquatiques.

Fond jaune

Pouvant créer des maladies

Cancérigène

Ces produits entrent dans une ou plusieurs de cescatégories :- cancérogène, peuvent provoquer le cancer- mutagène, peuvent modifier l’ADN des cellules- toxiques pour la reproduction, en diminuant lafertilité ou en attaquant l’intégrité du fœtus humain.

Ces produits peuvent également modifier lefonctionnement de certains organes (foie, systèmenerveux), attaquer les poumons et provoquer desallergies (asthme).

Gaz sous pression Ces produits sont des gaz sous pression contenusdans un récipient. Certains peuvent exploser sousl’effet de la chaleur. Il s’agit des gaz comprimés,liquéfiés ou dissous.Les gaz liquéfiés peuvent être responsables debrûlures dites froides ou cryogéniques.


Ces symboles sont associés à des « codes ou phrases » dits de sécurité. Il est important de noter le N° des codes pour les

donner le cas échéant aux pompiers

Ce sont les codes R et S suivis d’un chiffre

B.) SECURITE EN CHIMIE

1) Consignes de base• Ranger ses affaires sous la paillasse ou dans un endroit éloigné.• Travailler sur une paillasse propre et dégagée.• Manipuler debout au-dessus de la paillasse.• Pour toute manipulation, porter sa blouse en coton et, éventuellement, des lunettes de protection et des

gants selon les produits manipulés.• Attacher les cheveux longs en arrière.• Respecter les consignes de prudence et de sécurité des produits manipulés.

Et pour finir ne jamais être distrait par un personne lors d'une manipulation

Manipulation de produits chimiques• Avant d'utiliser un produit chimique, lire l'étiquette et respecter les consignes de sécurité indiquées

par les pictogrammes et les codes R et S.• Ne prélever aucun solide avec les doigts, utiliser une spatule.• Ne jamais pipeter avec la bouche, utiliser une pipette avec une poire, une propipette ou un pipeteur.• Toujours reboucher un flacon après usage.• Ne jamais essayer de reconnaître un produit à son odeur.• En fin de manipulation, demander au professeur si les solutions peuvent être jetées dans l'évier ou

sinon les verser dans les bacs de récupération ("béchers poubelles").• Bien se laver les mains à la fin des manipulations.

En cas de problème Appeler le professeur.Essayer de stopper la réaction avec un moyen approprié


Chapitre 2ATOMES ET CLASSIFICATION PERIODIQUE

1) Atome :La matière est constituée de molécules elles mêmes constituées d’atomes. L’atome est la plus petite partie de la matière.

Mais quels sont les constituants de l’atome ?Il est composé :

• D’un noyau comprenant des protons chargés positivement et des neutrons électriquement neutres.• D’un nuage d’électrons chargés négativement.

L’ ensemble des charges électriques positives et négatives s’annulent : l’atome est électriquement neutre.Le nombre de protons est égal au nombre d’électrons

2) Symbole d’un atomeActuellement, 110 atomes sont connus, comment sont-ils symbolisés et classés ?

A Nombre de masse (nombre de protons et de neutrons que contient le noyau) X Symbole de l’atome Z Numéro atomique : nombre de protons ou d’électrons

Le symbole d’un atome commence toujours par une lettre majuscule suivie parfois d’une minuscule. ex : le lithium : Li.La charge totale de l’atome étant nulle, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

a) Exemple : 7 Li L’atome de lithium est composé de 3 électrons, 3 protons et de 7-3 = 4 neutrons

3

3) Représentation d’un atome :a) On dispose les électrons autour du noyau de l’atome en couches concentriques, de la façon suivante :

b) Cette représentation correspond au modèle de Bohr. La répartition des électrons sur les différentes couches se fait selon letableau suivant :

Seule la couche externe d’un atome intervient dans les réactions chimiques. On pourra simplifier la représentation d’un atomeen ne dessinant que le noyau et la couche externe d’électrons. C’est le modèle de Lewis.

c) Exemple : L’atome de lithium :

Modèle de Bohr : Modèle de Lewis :

Dans le modèle de Lewis on ne représente QUE LA DERNIERE COUCHE

4) Classification périodique :C’est une manière de ranger tous les corps simples (imaginée par le chimiste Mendeleïev) dans un tableau à huit colonnes

numérotées de I à XVIII. Ces atomes sont classés par ordre de numéro atomique croissant de 1 à 110.

Les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques voisines. Ils constituent une même famille.

Couche 1 (K) 2 (L) 3 (M)nombre maximum

d’électrons : 2 8 8


Représenter l’atome de Sodium

Représenter l’atome de Magnésium

Représenter l’atome de Chlore

Représenter l’atome

Représenter l’atome


Chapitre 3LA MOLE (cours sur l’atome)

1 – Notion de mole

Les chimistes raisonnent sur des choses très petites qui s’appellent atomes, ions, molécules. Ces chosessont tellement petites qu’il est plus commode d’en prendre un gros paquet. On aurait pu en prendre 100ou 1000 ou 1 milliard mais ce n’est pas assez gros. Les chimistes se sont entendus pour constituer despaquets de 6,023.1023 choses (atomes, ions ou molécules). Ce paquet est appelé une mole.

2 - Définition

� La mole :Une mole d’atomes correspond à 6,023.1023 atomes identiques.

Le nombre 6,023.1023, noté N ou Nav , est le nombre d’Avogadro.

La mole est une unité de quantité de matière, son symbole est mol.

� Masse molaire atomique :

La masse molaire atomique d’un élément est la masse d’une mole de cet atome.............. Elle s’exprime en g/mol.

ex : Les masses molaires atomiques des éléments suivants sont : carbone ⇒ MC = 12 g/moloxygène ⇒ Mo = 16 g/mol

rem : La valeur de la masse molaire atomique d’un élément se trouve dans la classification.

En effet elle correspond à A (ZA X ), le nombre de masse de l’élément.

exemple : Déterminer la masse molaire de l’atome d’aluminium (1327 Al .)

(a) Exercices 1 à 6 page 16


Chapitre 4Les Liaisons Chimiques. La Liaison covalente

Vous savez que la matière est formée à partir d’atomes, mais il ne faudrait surtout pas imaginer que les objets qui nousentourent sont constitués d’atomes placés les uns à côtés des autres. En fait les atomes ont la propriété de se lier entre eux pourdonner naissance à des molécules.

Attention tous les corps ne sont pas à structure moléculaire.

C.) Activité� Donner la structure électronique de l'hydrogène H11 :

Le représenter suivant le modèle de Bohr Quel est le gaz rare qui suit l'hydrogène dans letableau de classification périodique des éléments ?Quelle est la structure électronique de ce dernier ?

Comment l'hydrogène peut-il acquérir une structure électronique identique à celle de ce gaz rare ?

� Donner la structure électronique de l’oxygène O168 :

Le représenter suivant le modèle de Bohr : Quel est le gaz rare qui suit l’oxygène dans le tableaude classification périodique des éléments ?Quelle est la structure électronique de ce dernier ?

Comment l’oxygène peut-il acquérir une structure électronique identique à celle de ce gaz rare ?

� Comment un atome d’oxygène peut il se combiner avec des atomes d’Hydrogène ?

Un atome d’oxygène peut accepter ………électrons pour saturer sa dernière couche, pendant que les atomesd’hydrogène acceptent ….. électron

Une molécule d’eau contiendra donc ……..…..atome(s) d’oxygène et ………. atome(s) d’hydrogène

La formule de ce produit s’écrira comme suit :

Cela s’appelle la FORMULE (chimique) BRUTE


D.) La règle de l'octet Et la Liaison Covalente

Tout élément chimique cherche à saturer sa dernière couche

Tout élément chimique cherche à acquérir la structure du gaz rare le plus proche

Exemples :

1) H2 : dihydrogène

AVANT APRES2) O2 : dioxygène

AVANT APRES3) H2O : eau

AVANT APRES

C’est trop pénible de dessiner, donc on symbolisera une liaison par un traitCe trait symbolise une liaison covalente.

donc H H

(b) DEFINITION : La liaison covalente est la mise en commun de 2 électrons

H HOOO


Travaux Pratiques Expériences

TP masse molaire

a) Mesurer le nombre de moles dans différents échantillons de matériaux monoatomiques (Zinc, fer, cuivre …)

Calcul de la masse molaire de ces matériaux monoatomiques

b) Mesure du nombre de moles d’un morceau de sucre ….

Introduction de la notion de molécule et de masse molaire moléculaire

Utilisation d’une balance électronique


E.) TP chimie Modèles moléculaires

Allez sur le site http://www.discip.ac-caen.fr/phch/lycee/touniv/molecules_gg/molecules.htmOU BIEN http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/molecules/molecules.htmRechercher les molécules suivantes :Noter le symbole, relever le nombre et les couleurs des boules, noter leurs masses atomiques

Symbole Nombres etcouleurs de boules

Formuledéveloppée

Masse molaire

Hydrogène H2

Eau

Eau Oxygénée

Chlore

Azote

Ethylène

Méthane

butane

Acide Nitrique

Acide chlorhydrique

Acide sulfurique

Tri Nitro Toluène(TNT)

Ethanol

Acide acétique

Ammoniaque

Acétylène

Les 3 derniers se trouvent en allant chercher en bas de page l’ensemble des moléculesApparaissent 3 catégories en haut de la page web quelles sont elles ?


Quelques exemples de molécules :

Nom de la molécule Formule bruteReprésentation de

Lewis Vue en 3 D

Molécule de chlorured'hydrogène HCl

Molécule deméthane

CH4

Molécule d’eau

Molécule de dioxyde decarbone

Molécule d'éthylène C2H4

Molécule debutane

C4H10


Chapitre 5

TP : Identifications d’ions dans une eau minéraleUne eau est elle plus ou moins minérale ?

Information Les eaux minérales sont des eaux de sourceayant des propriétés particulières : elles ont des teneurs enminéraux et en oligo-éléments susceptibles de leur conférerdes vertus thérapeutiques et leur composition est stable dans letemps.

Leclerc

1.1. Indiquer le nom de l’eau minérale : 1.2. Relever la minéralisation caractéristique de cette eau :

Volvic St Yorre Contrex Badoit LeclercCalcium Ca2+ 11,5 90 468 190 6,5Magnésium Mg2+ 8 11 74,5 85 2Sodium Na+ 11,6 1708 9,4 165 4,4Potassium K+ 6,2 110 10 1,7Bicarbonates HCO3- Na+dit aussi hydrogénocarbonates

71 4368 372 1300 44

Sulfates SO4 2- 8,1 174 1121 38 0,2Chlorures Cl- 13,5 322 10 44 1Nitrates NO3- 6,3 1 2,7 3,8 0,5Fluorures F- 1 1,2Silice SiO2 31,7 35résidu sec (minéralisation totale)Reste à 180°C

130 4774 2125 1200 70

Ph 7 6,6 6 7,7Pub de St Yorre: l'eau la plus minéralisée (cf résidu sec)


2. Identification des ions calcium, sulfates et chl orures dans cette eau

� Verser un peu d’eau dans 3 tubes à essais (la moitié du tube)

� Effectuer les tests en ajoutant quelques gouttes des 3 réactifs dans chaque tube.ATTENTION LE NITRATE D’ARGENT TACHE ENORMEMENT. Demander au prof.

� Noter la couleur du précipité s’il en apparaît un. Compléter la tableau

Réactif Ion mis enévidence

Volvic St Yorre Contrex Badoit Leclerc

Oxalated’ammonium

Ca2+ Pas deprécipité

Précipité léger Précipitéabondant

Pas deprécipité

Pas deprécipité

Chlorure deBaryum

SO42- Pas de

précipitéPrécipité léger Précipité

abondantPas de

précipitéPas de

précipitéNitrated’argent

Cl- Précipité léger Précipitéabondant

Précipité léger Léger à fort ? Pas deprécipité

métaux Pas deprécipité

Pas deprécipité

Pas deprécipité

Pas deprécipité

3. Conclusion

Les tests effectués permettent-ils de vérifier la présence des ions chlorures, sulfates etcalcium ? Justifier la réponse. Ces résultats sont ils en accord avec les indications figurant surl’étiquette ( voir la question 1.2) ? Justifier.

1 2 3


Chapitre 6Electrolyse (décomposition par l’électricité) de l’eau minéralisée

Matériel : Soit le schéma d’une cuve à électrolysedéfini par la figure ci-contre :

Manipulations – Observations :Dès que l’interrupteur est fermé, on assiste au phénomène dedécomposition de l’eau

a) il apparaît du gaz dans les tubes à essais.

L’électrode reliée au pôle + de la batterie s’appelle l’anodeL’électrode reliée au pôle - de la batterie s’appelle la cathode

Le Na Cl quand il se dissout dans l’eau donne des ions Na+ etCl- qui permettront la conduction du courant électrique(circulation d’électrons)

tube 1 tube 2

b) On identifie le gaz du tube 1 :

On place dans le tube 1 une allumette qui ne présente plusqu’un point d’incandescence ;l’allumette s’enflamme à nouveau :

le gaz contenu dans le tube 1 est du dioxygène

c) On identifie le gaz du tube 2 :

On présente une flamme à l’extrémité du tube 2 ;il se produit une détonation :

le gaz contenu dans le tube 2 est du dihydrogène

détonation


SOMMAIRE PHYSIQUE CAP

Electricité

Chapitre 1 Circuit électrique de base. Symboles électriques, multimètre

Vidéo EDF

Chapitre 2 Puissance électrique et énergie. Montage parallèle

Calculs de puissances

TP montage parallèle / série java

TP montage ampoules

Chapitre 3 Tension alternative. Lecture d’oscilloscope

TP oscilloscope / pc

TP oscilloscope avec générateur BF et Haut parleur

(introduction ondes sonores)


Chapitre 1

L’Electricité : Symboles, circuits, Multimètres

F.) Electrolyse de l’eau

L’expérience de l’électrolyse de l’eau nous a permis de faire le lien entre passage du courant et circulation d’électrons

G.) Symboles Electriques

Exemple de générateurs :

Exemples de récepteurs :


H.) Circuit électrique de base

Un circuit électrique est constituéd'au moins un générateur, derécepteurs, de conducteurs, et d'uninterrupteur.

I.) Le Multimètre

Un multimètre a plusieurs « fonctions ».

• sa fonction principale est de mesurer la tension (les volts). On ditvoltmètre

• ensuite l’intensité (les ampères, l’ampérage), on dit Ampèremètre

• ensuite les résistances. On dit Ohmmètre• Il peut posséder d’autres fonctions (capacimètre, contrôleur de diodes etc …)

Il possède des plots de connexion (+, masse, mA, A)Ces plots peuvent être utilisés avec des fils équipés de « Fiches Bananes »Montage du multimètre dans un circuit


TP physique

Démarrer l’applet circuit-construction-kit-dc_en.jar situé dans le répertoire commun travail …….

Construire les schémas suivant.

J.) Multimètre et circuits parallèle et série

Le multimètre dans un circuit parallèle (aussi appelé circuitdérivation)

Le multimètre dans un circuit série

Choisir avec le clic droit une valeur de lampe de 10 ohms et de 100 ohms pour L2Réaliser 4 tableaux tels que celui ci dessous

Tension Voltage sur L1 Ampérage surL1

Voltage sur L2 Ampérage surL2

Ampérage total

4,5V9V18V

Circuit parallèle avec L2 = 10 ohmsCircuit parallèle avec L2 = 100 ohmsCircuit série avec L2 = 10 ohmsCircuit série avec L2 = 100 ohms

Rendre une fiche à l’enseignant avec ces mesures

Nous exploiterons ces résultats sous excel


CORRIGE :

Parallèle 10 et 10 ohmsTension Voltage sur L1 Ampérage sur

L1Voltage sur L2 Ampérage sur

L2Ampérage total

4,5V 4,5 0,45 4,5 0,45 0,99V 9 0,9 9 0,9 1,818V 18 1,80 18 1,8 3,6

Parallèle 10 et 100 ohmsTension Voltage sur L1 Ampérage sur


L2Ampérage total

4,5V 4,5 0,45 4,5 0,04 0,499V 9 0,9 9 0,09 0,9918V 18 1,80 18 0,18 1,98

Série 10 et 10 ohmsTension Voltage sur L1 Ampérage sur


L2Ampérage total

4,5V 2,25 0,22 2,25 0,22 0,229V 4,5 0,45 4,5 0,45 0,4518V 9 0,9 9 0,9 0,9

Série 10 et 100 ohmsTension Voltage sur L1 Ampérage sur


L2Ampérage total

4,5V 0,41 0,04 4,09 0,04 0,049V 0,82 0,08 8,18 0,08 0,0818V 1,64 0,16 16,36 0,16 0,16


Chapitre 2

Puissance et énergie électriques

K.) La puissance électrique

Sur les culots des deux lampes (Doc. 1), on peut voir lesindications suivantes : 12V 5W et 12V 21 W12 V est la tension normale de fonctionnement.

L’indication en watt (W) représente la puissance électrique.

En fonctionnement, quelle sera la différence entre ces deuxlampes ?

Les deux lampes sont toutes les deux soumises à 12 Vpuisqu'elles sont branchées en dérivation. La lampe de 21 Wbrille plus fortement que la lampe de 5 W (Doc.2), on ditqu'elle est plus puissante.

Une lampe plus puissante influe-t-elle sur notre consommationélectrique ?

Puisque le voltage ne change pas il s’agit de mesurer les ampères consommés, ce que l’on peut faire avec :

Un ampèremètre une pince ampèremètrique Un joulemètre

Le joulemètre est un appareilqui regroupe un ampèremètreet un voltmètre

ou même un « consomètre »

utile à la maison

L’intensité consommée est proportionnelle à la puissance des lampes

P = U * I

Puissance en watts = Tension en volt * Intensité en ampère

L’intensité totale est égale à la somme des intensitésDonc la puissance totale est égale à la somme des puissances

Un ampèremètre se monte en série


L.) Mesure de l’énergie électrique

L’énergie électrique consommée dépend de la puissance (les ampères consommés) et du temps

E = P tE énergie consommée en joules (J)

avec P puissance reçue en watts (w)t durée de fonctionnement en secondes (s)

OU BIENen 220 Volts E = P t

E énergie consommée en kilowatts heures (kwh)avec P puissance reçue en kilowatts (kw)

t durée de fonctionnement en heures (h)

ExempleFacture d’électricité. On peut y lire :

* les kwh Heures Pleines (notées HP,kwh consommés durant la journée)* les kwh Heures Creuses (notées HC,kwh consommés durant la nuit)

avec le prix de l’abonnement et les prixdu kwh HP et HC on peut établir lafacture.

Maîtriser l'énergie

L’étiquette énergétique d'un réfrigérateur indique « consommation 256 kWh/an ».

1. Cette information indique-t-elle :la puissance électrique / l'énergie consommée / le prix à payer ?

2. Calculer le nombre d'heures dans une année de 365 jours.Calculer la puissance du réfrigérateur. Arrondir à l'unité

Calculer une énergie

L’éclairage de la terrasse est assuré par un projecteur alimenté par le secteurcomme l'indique le schéma.1 . Compléter le schéma à l'aide des symboles des appareils permettant de mesurerla tension à laquelle est soumis le projecteur et l'intensité du projecteur qui letraverse.

Sur ce projecteur on lit 230 V; 500 W.

2. Compléter le tableau :

3. Calculer, en Wh, l'énergie consommée par le projecteur pendant 7 heures de fonctionnement

Grandeur Unité de mesure

230V ? ?500w ? ?


6 : Interpréter des indications fournies par un compteur

Le compteur indique 38 677 kWh au 24 août 2008, puis 41206 kWh au 25 août 2009.1. Calculer la consommation électrique sur un an.

Le prix moyen du kWh est 0,094 € TTC.2. Calculer le coût journalier dépensé en énergie électrique.

7 : Évaluer sa consommation d'énergie chez soi avec un consomètre

1. Quelle grandeur physique mesure un consomètre ?2. Comment se branche le consomètre3. Peut-on évaluer la consommation d'un appareil en veille ? 4. Si on veut que le consomètre affiche un prix en euros, quelle(s) information(s) doit-on lui fournir :

La puissance de l'appareil ? Le prix du kWh L'heure ? La tension d'utilisation ?

5. Quelle différence entre un consomètre et un compteur d'électricité ?

Extrait de Physique Chimie 3e Collection Parisi Édition Belin :

Plus l'intensité du courant dans un fil conducteur (ou cable électrique) est grande, plus ce fil chauffe. Cette intensité estproportionnelle à la puissance totale des appareils alimentés par ce fil, qui est la somme des puissances de chacun.

Pour éviter les risques d'incendie dus à une surintensité dans le fil, le fabriquant du fil indique sa puissance limite: c'est lapuissance totale des appareils branchés en dérivation sur le fil à ne pas dépasser.

Il indique également la tension nominale du fil, c’est la tension aux bornes des appareils branchés en dérivation. Quand ilsfonctionnement normalement. Cette tension vaut 230V quand ces appareils sont branchés sur le « secteur ».

www.lefigaro.fr : Un consomètre pour gérer au plus près votre consommation d'électricité

[ ... ] Un consomètre pour gérer au plus près votre consommation d'électricité. Votre compteur d'électricitén'enregistre que la consommation globale de votre habitation. Pour obtenir des informations détaillées, il vous estnécessaire d'utiliser un consomètre. Cet appareil vous permet en effet de gérer plus finement la consommationindividuelle de chacun de vos équipements. Le consommètre s'intercale entre une prise électrique et les équipementsqui y sont raccordés. Il indique précisément la consommation de ces derniers, qu'ils soient en veille ou enfonctionnement. Son prix unitaire est tout à fait accessible (une quinzaine d'euros). La consommation indiquée peutêtre affichée en kWh ou en euros, sous réserve d'avoir auparavant bien paramétré le prix exact de l'électricité fournieselon l'heure d'utilisation (cas notamment des compteurs jour/nuit). Cette mesure individualisée de la consommationélectrique a des vertus indéniables. Elle permet à tous les habitants de la maison, y compris les enfants, de connaîtrele coût exact de chaque usage de l'électricité pour la famille et pour la planète (énergie dépensée). Il n'est absolumentpas nécessaire d'en équiper chaque prise électrique, car le même consomètre peut être bien sûr déplacé d'une prise àl'autre. Il est utile que les données obtenues soient ensuite rapportées au mois et à l'année. Ce calcul simple vousdonne une idée précise et souvent surprenante des sources existantes d'économies d'énergie, comme des quantitésd'électricité gaspillées inutilement (par exemple, en laissant les appareils en veille).

rq : Plus la section d’un filest grande, plus l’intensitépouvant passer dans ce filsera grande, plus la puissancelimite de ce fil est grande.


La Puissance Electrique L’Energie Electrique

5) Montage d’ampoulesCircuit 1 en 12V M.)

N.) En branchant un voltmètre en parallèlesur la lampe, on mesure le voltage sur lalampe

O.)

Circuit 2 en 12V P.) En branchant un ampèremètre dans la boucle de

fils électriques (on dit que l’on met l’ampèremètre

en série), on mesure l’intensité (ampères,

ampérage) qui passe dans la lampe

L’ampérage dépend de la puissance de l’ampoule

Circuit 3 en 12V circuit en « parallèle » En branchant un voltmètre en parallèle sur leslampes, on mesure toujours le même le voltage de12V (ou 220V) sur les lampes

Circuit 4 en 12V circuit en « série » Le même ampérage passera dans les lampes alors que latension de 12V se répartira entre les lampes (ex 6V sur chaquelampe)

6) Loi des nœuds : distribution du courant dans les fils

Quand on branche 2 ampoules en parallèle, la tension nechange pas mais l’intensité totale est égale à la somme desintensités

Quand on branche 2 ampoules en série, la tension se répartitentre les 2 ampoules. L’intensité qui passe est la même dansles 2 ampoules

7) Puissance Electrique La Puissance P = U I

8) L’Energie électrique : W = P t


Travaux pratiques

Quelle est l’ampoule la plus puissante ?

Réaliser le montage suivant

Question à se poser avant : Dans quelle conditions peut on utiliser une pince ampèremétrique ?

Ces conditions sont elles remplies ?

Utiliser Voltmètre et ampèremètre pour mesurer les différents paramètres qui nous permettent d’évaluer la puissance

Etablir un tableau et calculer les puissances


Puissance électrique Exercices clg

Exercice 1 : Sur l'emballage d'une prise de courant, on lit «230 V ; 16 A ».1) Que signifient ces indications ?

2) Calculer la puissance maximale supportée par cette prise.

Exercice 2Les lampes L1 et L2 sont alimentées par un générateur de 6 V.

1) Sur le culot de la lampe L1 on peut lire « 6 V ; 6 W » et surle culot de la lampe L2 on lit « 6V ; 2W ». Comment appelle-on ces valeurs ? Que signifient-elles ?

2) Laquelle de ces deux lampes brille le plus ? Justifier

3) Calculer l'intensité efficace qui traverse L1.


5) Quelle est l'intensité dans la branche principale (celle dugénérateur) ?

Exercice 3Une multiprise électrique porte l'indication Pmax<3500W

1) Les appareils domestiques sont-ils branchés en série ou en dérivation sur cettemultiprise ?2) Sur cette multiprise, on branche un fer à repasser de 1900 W, un radiateur de3100 W et une cafetière de 950 W.Quelle est la puissance maximale reçue par la multiprise ? Commenter ce résultat.

3) Quelle intensité a-t-on dans chacun de ces appareils branchés lorsqu'ilsfonctionnent ?4) Calculer alors l'intensité qui traverse la multiprise.5) Quelle intensité efficace maximale est supportée par cette multiprise ?6) Que va-il alors se passer si tous les appareils branchés fonctionnent en mêmetemps ?

Exercice 41) Que risque-t-il de se passer si le fil n'est pas adapté ?2) On a un radiateur de 7,25 kW. Quelle section de fil faut-ilprévoir à la maison pour l'alimenter ?


Puissance électrique Exercices clg CORRIGE

Exercice 1

Sur l'emballage d'une prise de courant, on lit « 230 V ; 16 A ».1) Que signifient ces indications ?

2) Calculer la puissance limite des appareils utilisables surcette prise.

corrigé Exercice 1

La tension nominale à ne pas dépasser est de 230 V.L'intensité nominale à ne pas dépasser est de 16 A.

P= U.I =230V x 16A= 3680 WExercice 2

Les lampes L1 et L2 sont alimentées par un générateur de 6 V

1) Sur le culot de la lampe L1 on peut lire « 6 V ; 6 W » et surle culot de la lampe L2 on lit « 6V ; 2W ». Comment appelle-on ces valeurs ? Que signifient-elles ?

2) Laquelle de ces deux lampes briller le plus ? Justifier



5) Quelle est l'intensité dans la branche principale ?

corrigé Exercice 2

Ce sont les valeurs nominales : la tension pour laquelle leslampes vont briller normalement et les puissances qui serontalors émises par ces lampes.

La lampe L1 puisque sa puissance nominale est de 6 W.

I1 = P1 / U =6W / 6V =1A

I2 = P2 / U =2W / 6V » 0,33 A

En dérivation donc : I = I1 + I2 = 1 + 0,33= 1,33A

Exercice 3

Une multiprise électrique porte l'indication Pmax<3500W.1) Les appareils domestiques sont-ils branchés en série ou endérivation sur cette multiprise ?

2) Sur cette multiprise, on branche un fer à repasser de 1900W, un radiateur de 3100 W et une cafetière de 950 W.Quelle est la puissance maximale reçue par la multiprise ?Commenter ce résultat.

3) Quelle intensité efficace a-t-on dans chacun de cesappareils branchés lorsqu'ils fonctionnent ?

4) Calculer alors l'intensité efficace qui traverse la multiprise.

5) Quelle intensité efficace maximale est supportée par cettemultiprise ?

6) Que va-il alors se passer si tous les appareils branchésfonctionnent en même temps ?

corrigé Exercice 3

Ils sont branchés en dérivation.

P = 1900W + 3100W + 950W = 5950 W

Cette puissance est inadaptée à cette multiprise dont lapuissance maximale doit être inférieure à 3500 W.

Pour le fer à repasser : I1 = P1 / U = 1900W / 230V » 8,26 APour le radiateur : I1 = P1 / U = 3100W / 230V I1 » 13,48 APour la cafetière : I1 = P1 / U = 950W / 230V » 4,13 A

En dérivation donc :I = I1 + I2 + I3 = 8,26 + 4,13 + 13,48 = 25,87 A

Imax = Pmax / U =3500W / 230V = 15,22A

Il y aura une surintensité donc le coupe circuit ( disjoncteur oufusible) coupera le courant.

Exercice 4

1) Que risque-t-il de se passer si le fil n'est pas adapté ?

2) On a un radiateur de 7,25 kW. Quelle section de fil faut-ilprévoir à la maison pour l'alimenter ?

Corrigé Exercice 4

A cause de la surintensité, le fil va s'échauffer trop fortementet fondre ce qui risque de provoquer un incendie.

7,25 kW = 7250 WIl faut donc un fil de 6 mm².


Puissance et énergie électriques

9) Exercice 2

Un radiateur électrique porte les indications 230 V, 1500 W.

1. Quelle est l'intensité du courant quile traverse lors d'un fonctionnementnormal ?

2. Calculer l'énergie qu'il consommeen 24 heures.

3. Quel est son coût en 24 heures defonctionnement continu si le kWhest facturé 0,13 euros ?

10) Exercice 6

Dans une installation domestique alimentée en 230 V, un électricien ne peut pas monter plus de 5 prises sur une ligne de 16 A.

1. Quelle est la puissance moyennedisponible sur chaque prise ?

2. Une salle de séjour dispose de 5prises sur la même ligne. Onbranche un radiateur de 2000 W surune des prises. Quelle est lapuissance disponible sur les 4autres prises ?

4. Outre l'appareil de chauffage, untéléviseur de 200 W est allumé ainsiqu'une lampe à halogène de 300 W.Que se passe-t-il si on branche unfer à repasser de 1500 W ?

5. Pourquoi impose-t-on une limite aunombre de prises ?


Chapitre 3 Tension alternative

Qu'est-ce qui distingue la tension fournie par le "secteur" de celle fournie par la pile ?

11) Courant continu, courant alternatif :

Un courant continu est un courant dontle sens est toujours le même au cours dutemps.

Un courant alternatif est un courant dont le sens change au cours du temps.

12) Caractéristiques d'une tension alternative:

2.1 Comment varie une tension au cours du temps ?

• La tension aux bornes du G.B.F varie au cours du temps. La courbe ondule de part et d'autre de l'axe des abscisses (letemps); c'est une sinusoïde (fonction sinus mathématique)

• Les valeurs prises par la tension sont comprises entre un maximum (Umax) et un minimum (-Umax).• La tension passe par la valeur zéro. Elle est successivement positive puis négative; elle est alternative.• Sur l'axe des temps, la courbe se reproduit identique à elle-même, le dessin répétitif est le "motif".

13) Exploiter un « oscillogramme » (image que l’on voit sur l’écran de l’oscilloscope):

a) lecture de la tension maximale Umax (ou amplitude de tension):

Umax = nombre de Divisions verticales de la ligne centrale jusqu'àla crête x sensibilité verticale (ou gain) en volt/DIV

Umax = k * Y

b) lecture de la période T:je cherche le calibre (de l’axe x) sur l’oscilloscopeT = nombre de Divisions horizontales pour le temps d'un motif xsensibilité horizontale (ou balayage) en s/Div

T =k * X


La période est le temps nécessaire pour effectuer un cycle alternatif complet c’est à dire que la courbe se retrouve au « pointde départ »

14) Tension efficace

Les valeurs des tensions alternatives indiquées sur les alimentations ou les récepteurs usuels sont les valeurs efficaces (Ueff);elles se mesurent avec un multimètre numérique. Ces valeurs sont proportionnelles aux valeurs maximales lues àl'oscilloscope.

41,1maxU

Uefficace =

Cette relation est valable pour les tensions sinusoïdales comme celle du secteur.

15) Comparer les fréquences

2.2 Comment comparer deux tensions alternatives?

On peut comparer deux tensions alternatives selon:

• leur valeur maximale ; elle est notée Umax et s'exprime en volts (V).• La durée du motif que l'on appelle la période. Elle est notée T et s'exprime en secondes (s).

Umax différents ; T identiques Umax identiques; T différents Umax différents; T différentsLorsque la période est très inférieure à la seconde, il est préférable d'utiliser une autre grandeur physique pour caractériser lesignal: la fréquence.

La férquence est le nombre de périodes en une seconde. Elle est notée f et s'exprime en hertz (Hz)

f = 1 / T f : fréquence en hertz (Hz) T : période en secondes (s)

Heinrich Hertz (1857-1894). Physicien allemand . Il produit en 1887 avec son "oscillateur" des ondes dont l'existence avaitété prévue par Maxwell en 1864 mais jamais observées jusqu'alors. De même nature que les ondes lumineuses , elles endiffèrent par leur Fréquence. Les unes et les autres sont appelées les ondes électromagnétiques (ondes hertziennes) il découvritaussi l'effet photoélectrique. (Fichier .exe ondes sinusoïdales)


16) L'ESSENTIEL A RETENIR

La période T et la valeur maximale de la tension Umaxcaractérisent une tension alternative sinusoïdale.

T = 50 ms = 0,05 s et U max = 10V

La fréquence f et la valeur efficace de la tension U secalculent à l'aide des formules

Tf

1= et 2

maxUU =

Hzf 2005,0

1 == et VU 1,72

10 ==

Exercices corrigés1 : Interpréter un oscillogrammeHorizontalement, une graduation représente 2 ms.Verticalement, une graduation représente 2 V.

Calculer :1. les périodes des tensions 1 et 22. les fréquences des tensions 1 et 23. les valeurs maximales des tensions 1 et 24. les valeurs efficaces des tensions 1 et 2

Voir le corrigé, p. 1272 : Exploiter une plaque signalétique

1. Peut-on utiliser cet appareil avec du courant continu ? Si oui,indiquer le nombre de piles nécessaires sachant que chaque pileR20 délivre une tension de 1,5 V.

2. Pour que l'appareil fonctionne correctement, donner lescaractéristiques du courant qu'il peut recevoir en précisant lavaleur, la grandeur physique et l'unité.

Voir le corrigé, p. 127

AC-230-240 V 50 Hz40 W Piles DC = 4,5 V (R20/LR20)

Exercices d’application3 : Distinguer tension continue et alternativeUn générateur branché sur un système d'acquisition apermis d'obtenir les deux courbes ci-dessous.

1. Donner la nature de chaque courbe

2. La relation Umax / U = 2 est-eIle vérifiée ?

3. Le branchement du générateur permet-il d'obtenir une desdeux courbes. Justifier la réponse.


Dans la voiture : le GPS embarquéCertains GPS de voiture se branchent sur l’allume - cigare.

a. Sous quel type de tension fonctionne le GPS ?En donner Les caractéristiques

b. Le cordon permet-il le branchement sur ['allume -cigare (La tension d'une batterie de voiture est de 12V) ?

Délivre-t-il une tension adaptée au GPS ?

Les indications sur la plaque signalétique du GPS et sur le cordonsont les suivantes

17) Analyse de tensions

Donner la nature et les valeurs des tensions suivantes, ainsi que période, fréquence tension max et tension éfficace

TP associé sur PC

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