Circuits, risques et signaux
Lucas allume sa lampe de poche, puis il branche son téléphone sur une prise de la maison. Dans les deux cas, de l'énergie électrique est utilisée, mais le deuxième geste peut être dangereux. Comment fonctionne un circuit, comment l'utiliser sans risque, et comment des signaux transportent-ils de l'information ?
Un circuit à une boucle
Un circuit électrique à une boucle est un chemin fermé : le courant circule seulement si la boucle est complète. Il contient :
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un générateur (pile, batterie, panneau photovoltaïque) qui fournit de l'énergie électrique ;
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des récepteurs (lampe, moteur, sonnerie, DEL) qui l'utilisent ;
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un interrupteur pour ouvrir ou fermer la boucle ;
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des fils conducteurs (métal). Les matériaux isolants (plastique, bois sec, verre) ne laissent pas passer le courant.
Le courant ne « s'use » pas : il ne disparaît pas dans la lampe. Dans une boucle, il circule partout, et c'est l'énergie fournie par le générateur qui est convertie dans les récepteurs. On peut aussi intervertir l'ordre des composants dans la boucle : la lampe brille de la même façon.
Citer deux convertisseurs d'énergie dans un circuit (pile, moteur, panneau photovoltaïque, lampe) et indiquer l'énergie convertie.
Citer deux convertisseurs d'énergie dans un circuit (pile, moteur, panneau photovoltaïque, lampe) et indiquer l'énergie convertie.
Chaînes d'énergie et capteurs
On représente ce qui se passe par une chaîne énergétique : réservoir → convertisseur → réservoir. Par exemple pour une lampe de poche :
énergie chimique → pile (convertisseur) → énergie électrique → lampe (convertisseur) → énergie lumineuse et thermique.
Un capteur est un composant qui détecte une grandeur (lumière, température, mouvement, contact) et agit sur le circuit : il transmet une information. Une photorésistance, par exemple, est un capteur dont la capacité à laisser passer le courant dépend de l'éclairement. Un capteur de contact, lui, se comporte comme un interrupteur normalement ouvert : il ferme la boucle quand la porte s'ouvre. On parle alors de chaîne d'énergie et d'information.
Un panneau photovoltaïque alimente un moteur qui fait tourner une hélice. a) Schématiser par des mots la chaîne d'énergie. b) Prévoir ce qui se passe quand on cache le…
Un panneau photovoltaïque alimente un moteur qui fait tourner une hélice.
- a) Schématiser par des mots la chaîne d'énergie.
- b) Prévoir ce qui se passe quand on cache le panneau.
- c) Indiquer l'intérêt d'une énergie renouvelable.
Une alarme se déclenche quand une porte s'ouvre : un capteur de contact ferme un circuit contenant une pile et une sonnerie. a) Décrire le fonctionnement. b) Indiquer le…
Une alarme se déclenche quand une porte s'ouvre : un capteur de contact ferme un circuit contenant une pile et une sonnerie.
- a) Décrire le fonctionnement.
- b) Indiquer le rôle du capteur.
- c) Expliquer ce qui se passe si le fil est coupé.
Un système d'éclairage de jardin s'allume tout seul la nuit avec un capteur de luminosité et un panneau solaire qui charge une batterie. a) Décrire la chaîne d'énergie…
Un système d'éclairage de jardin s'allume tout seul la nuit avec un capteur de luminosité et un panneau solaire qui charge une batterie.
- a) Décrire la chaîne d'énergie et d'information.
- b) Expliquer ce qui se passe un jour très nuageux.
- c) Proposer une amélioration.
Les risques de l'électricité domestique
Le courant du secteur (prise murale) est bien plus dangereux que celui d'une pile plate. Le corps humain conduit le courant : si on touche un fil sous tension, le courant peut traverser le corps (électrisation, brûlures, arrêt du cœur : électrocution).
Les principaux dangers :
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l'eau : l'eau du robinet conduit l'électricité, et des mains mouillées conduisent mieux ;
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les fils dénudés et les appareils abîmés ;
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la surcharge : brancher trop d'appareils puissants (four, grille-pain, lave-linge) sur une multiprise fait passer trop de courant dans les fils, qui chauffent et peuvent provoquer un incendie ;
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le court-circuit : un fil relie directement les deux bornes du générateur, le courant devient très grand.
Les protections : le disjoncteur (ou fusible) coupe automatiquement le circuit en cas de surcharge ou de court-circuit ; le fil de terre (relié à la prise de terre) évacue le courant dans le sol si une pièce métallique de l'appareil devient accidentellement sous tension, au lieu de passer par la personne qui la touche.
Citer deux dangers de l'électricité domestique et une règle de sécurité.
Citer deux dangers de l'électricité domestique et une règle de sécurité.
Dans une cuisine, une multiprise alimente un four, un grille-pain et un lave-linge. a) Expliquer le risque de surcharge. b) Indiquer le rôle d'un disjoncteur. c) Citer…
Dans une cuisine, une multiprise alimente un four, un grille-pain et un lave-linge.
- a) Expliquer le risque de surcharge.
- b) Indiquer le rôle d'un disjoncteur.
- c) Citer deux règles pour éviter les accidents.
Un élève de Lille touche une prise sans protection avec les mains mouillées. a) Expliquer pourquoi l'eau augmente le danger. b) Indiquer le rôle du fil de terre. c)…
Un élève de Lille touche une prise sans protection avec les mains mouillées.
- a) Expliquer pourquoi l'eau augmente le danger.
- b) Indiquer le rôle du fil de terre.
- c) Rédiger trois consignes de sécurité.
Les signaux pour transmettre une information
Un signal transporte une information d'un émetteur vers un récepteur.
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Signal lumineux : feu tricolore, phare, voyant de charge, clignotant.
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Signal sonore : sirène, sonnerie du collège, klaxon, alarme.
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Signal électrique : le courant qui circule dans un fil de téléphone ou un câble d'ordinateur, ou qui commande une alarme.
Le son et la lumière ne vont pas à la même vitesse. La lumière va quasi instantanément (environ $300\,000\ \text{km/s}$). Le son dans l'air va à environ $340\ \text{m/s}$. C'est pourquoi on voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre.
Nommer un signal lumineux, un signal sonore et un signal électrique utilisés dans la vie quotidienne.
Nommer un signal lumineux, un signal sonore et un signal électrique utilisés dans la vie quotidienne.
Un éclair est vu avant que le tonnerre ne soit entendu : 6 s séparent les deux, le son se propageant à 340 m/s et la lumière quasi instantanément. a) Calculer la…
Un éclair est vu avant que le tonnerre ne soit entendu : 6 s séparent les deux, le son se propageant à 340 m/s et la lumière quasi instantanément.
- a) Calculer la distance de l'orage.
- b) Expliquer la différence de perception.
- c) Citer une application d'un signal sonore ou lumineux pour transmettre une information (par exemple un phare ou une sirène).
Retour au début : la lampe de Lucas fonctionne grâce à une boucle fermée où l'énergie est convertie ; la prise de la maison demande des règles de sécurité strictes ; et des signaux lumineux, sonores ou électriques transmettent des informations.