Exercices: Source réelle, effet Joule et bilan de puissance

Un courant d'intensité $I = 0,50\ \text{A}$ traverse un fil pendant $\Delta t = 2,0\ \text{min}$.

1. a) Rappeler la relation entre intensité et charge $Q$.
2. b) Calculer la charge $Q$ transportée, puis le nombre d'électrons correspondant ($e = 1,60\cdot10^{-19}\ \text{C}$).

Un conducteur ohmique de résistance $R = 47\ \Omega$ est parcouru par un courant d'intensité $I = 0,20\ \text{A}$.

1. a) Calculer la puissance dissipée par effet Joule.
2. b) Calculer l'énergie dissipée en $10\ \text{min}$.

Une pile réelle est modélisée par une force électromotrice $E = 4,5\ \text{V}$ en série avec une résistance interne $r = 1,5\ \Omega$. Elle débite un courant $I = 0,30\ \text{A}$.

1. a) Écrire la relation donnant la tension $U$ à ses bornes.
2. b) Calculer $U$.

Une batterie ($E = 12,6\ \text{V}$, $r = 0,050\ \Omega$) alimente un démarreur qui appelle $I = 150\ \text{A}$.

1. a) Calculer la tension aux bornes de la batterie.
2. b) Calculer la puissance fournie par la source, la puissance dissipée dans la résistance interne, et la puissance délivrée au démarreur.
3. c) Calculer le rendement de la batterie.

Une bouilloire de puissance $P = 2\ 200\ \text{W}$ fonctionne sous $U = 230\ \text{V}$.

1. a) Calculer l'intensité du courant et la résistance de la résistance chauffante.
2. b) Calculer l'énergie électrique consommée pour porter $1,0\ \text{L}$ d'eau de $20\ °\text{C}$ à $100\ °\text{C}$ si le rendement est de $85\ \%$ ($c_e = 4,18\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$).
3. c) En déduire la durée de chauffe.

Une source de tension a pour caractéristique $U = 9,0 - 2,0\,I$ ($U$ en V, $I$ en A).

1. a) Identifier $E$ et $r$.
2. b) Calculer le courant de court-circuit.
3. c) Calculer la puissance reçue par un conducteur ohmique de résistance $R = 2,0\ \Omega$ branché à cette source. On admet que cette puissance est la puissance maximale que peut recevoir un conducteur ohmique branché à cette source, car $R = r$.

Une ligne de transport relie une centrale à une ville par deux fils de résistance totale $R_L = 5,0\ \Omega$. La ville consomme $P = 10\ \text{MW}$.

1. a) Calculer l'intensité dans la ligne si la tension aux bornes de la ville est $U = 20\ \text{kV}$, puis $U = 400\ \text{kV}$.
2. b) Calculer, pour chaque cas, la puissance perdue par effet Joule dans la ligne.
3. c) Justifier l'intérêt du transport à haute tension.

Une pile ($E$, $r$) alimente successivement deux conducteurs ohmiques. Avec $R_1 = 10\ \Omega$, on mesure $U_1 = 4,0\ \text{V}$. Avec $R_2 = 4,0\ \Omega$, on mesure $U_2 = 3,2\ \text{V}$.

1. a) Déterminer les courants $I_1$ et $I_2$.
2. b) En déduire $E$ et $r$.
3. c) Calculer le rendement de la source dans chaque cas et commenter.

Un panneau photovoltaïque de $S = 1,6\ \text{m}^2$ reçoit un éclairement de $800\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}$ et charge une batterie ($E = 12\ \text{V}$, $r = 0,20\ \Omega$) avec un courant $I = 13\ \text{A}$. La puissance électrique fournie par le panneau est $P_p = 190\ \text{W}$.

1. a) Calculer le rendement de conversion du panneau.
2. b) Calculer la puissance dissipée par effet Joule dans la batterie et la puissance stockée sous forme chimique.
3. c) Établir le bilan de puissance de la chaîne et le rendement global lumière → énergie stockée.