Chapitre 1 : Les phénomènes ondulatoires
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Chapitre 5 Les phénomènes relationnels
Les phénomènes relationnels font donc le lien entre l’individu et l’organisation dans laquelle il évolue 1 Les phénomènes d’influence Les membres d’une organisation travaillent ensemble, partagent des opinions, communiquent et interagissent pour remplir leurs missions A Définition
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1 Aspects énergétiques des phénomènes électriques
I. Le courant électrique
Les conducteurs contiennent des porteurs de charges libres qui se déplacent ; ce sont les électrons libres dans les métaux et les ions dans les solutions Lorsqu'on soumet ces porteurs de charge à un champ électrique (responsable de la tension), les mouvements deviennent ordonnés. Les charges négatives se dirigent vers la borne positive du générateur et les charges positives vers la borne négative. Par convention, on défini le sens du courant électrique dans le sens du mouvement des porteurs de charge positive. Dans un circuit électrique, ce sont les électrons qui sont responsable du courant: celui-ci est donc orienté dans le sens opposé de la circulation des porteurs de charges. L'intensité I d'un courant électrique continu s'interprète comme le débit de charges électriques traversant une sectionS d'un fil électrique :
I=N∗e
Δt où N est le nombre d'électrons de charge e (en Coulomb) traversant la section S du circuit pendantΔt secondes.
Application : Un courant électrique d'intensité I =1,0A circule pendant une durée Δt=1,0s. Quel est le nombre d'électrons ayant circulé à travers une section de fil de ce circuit électrique ? On rappelle e, la charge élémentaire:e=1,6∗10-19CII. Modèle d'une source de tension continue
Une source idéale de tension fournie une tension constante dans le circuit quelque soit l'intensité du courant débité. Graphiquement, cela doit se traduire par :1°Générale_ Spé physique-chimie_Thème 3 : énergie, conversions et transferts
2 Expérimentalement, on se rend compte que cela n'est pas le cas, et en traçant la caractéristique intensité-tension de la source on obtient : Une droite de pente r, qui correspond à la résistance interne du générateur (qui n'est donc plus idéal puisqu'une partie du potentiel est perdue). On modélisera alors une source réelle de tension par un ensemble série d'un générateur et d'une résistance : La tension au borne d'un tel dipôle est bien : U=U0-rIIII. Le bilan de puissance
III.1. Puissance et énergies électriques
La puissance est une grandeur indiquant l'aptitude d'un système à convertir rapidement de l'énergie. La puissance électrique (en Watt) est définie comme le produit de la tension U (en Volt) à ses bornes et de l'intensité I (en Ampère) du courant électrique qui le traverse :Pélec=U∗I
L'énergie électrique consommée ou produite Eélec (en Joule) est liée à la durée de
fonctionnement et à la puissance, selon : Eélec=Pélec∗Δt
1°Générale_ Spé physique-chimie_Thème 3 : énergie, conversions et transferts
3III.2. Cas des dipôles ohmiques : effet Joule
Un conducteur ohmique convertit l'intégralité de l'énergie qu'il reçoit sous forme thermique : c'est ce qu'on appelle l'effet Joule.PJ=U∗I=R∗I²=U²R
Un conducteur ohmique s'échauffe lorsqu'il est traversé par un courant électrique : plus sa résistance est élevée, plus sa température augmente.III.3. Rendement d'un convertisseur
L'énergie ne peut être " produite » mais seulement transformée. Un convertisseur d'énergie est un dispositif qui convertit une forme d'énergie (entrante) en une autre forme d'énergie (sortante). Cette dernière est utile à la réalisation d'un service (se déplacer, s'éclairer, se chauffer...) Au cours d'une conversion d'énergie, rien n'est " perdu » mais une partie de l'énergie reçue est dissipée, rendant l'énergie utile plus faible. Pour évaluer la performance d'un convertisseur on peut calculer son rendement selon :η=Putile
Preçue=Eutile
Ereçue
1°Générale_ Spé physique-chimie_Thème 3 : énergie, conversions et transferts
4Exercices d'entraînement
Exercice 1 : Une pile dont les caractéristiques sont E=9,0V etr=5,0Ω débite un courant d'intensité I=20,0mA lorsqu'elle est branchée en série avec une résistance R et une diode électroluminescente bleue. La tension aux bornes de la DEL est UAB=3,2V.
1. Calculer la valeur de la tension aux bornes de la pile.
2. Déterminer la tension aux bornes de la résistance puis la valeur de cette
résistance.3. Déterminer l'énergie électrique fournie par le générateur lors d'un fonctionnement
de 10 minutes et calculer la charge électrique qui a circulé pendant cet intervalle de temps. Exercice 2 : Évaluer le rendement d'un moteur électrique Un petit jouet contient un moteur électrique. Une recherche permet de trouver la caractéristique intensité-tension de ce moteur et d'en déduire la relation : U=E'+r'∗I avec U et E' en Volt, r' en ohm et I en ampèreDonnées :
•La notice du moteur indique : E'=3,0V etr'=10Ω •La tension aux bornes du moteur est maintenue constante:U =4,5V1. Calculer l'intensité I du courant électrique circulant dans le moteur.
2. Exprimer puis calculer la puissance électrique totale Preçue par le moteur.
3. Montrer à l'aide de la modélisation de la caractéristique intensité-tension donnée
dans l'énoncé que le convertisseur transforme la puissance électrique reçue en une puissance utile dont on donnera l'expression, et que cette conversion s'accompagne de pertes.4. Schématiser les conversions effectuées par le moteur.
5. Calculer le rendement
η du moteur.
Exercice 3 : Déterminer la résistance d'un ballon d'eau chaude Un ballon d'eau chaude contient 150L d'eau. L'eau froide entre à 18°C dans le ballon et en ressort à 70°C. Quelle devrait être la valeur d'une résistance R permettant cette augmentation de température en 5h si l'intensité du courant électrique est 10 A ?Données :
•le transfert thermique reçu par une masse m d'eau en gramme, lorsque sonélévation de température est
Δθ , est E=m∗c∗Δθavec
c =4,18J.g-1.K-1 •masse volumique de l'eau:1kg/L •pour une résistance parcourue par un courant électrique continu d'intensité I, la puissancePJdissipée par effet Joule a pour expression PJ=r∗I²1°Générale_ Spé physique-chimie_Thème 3 : énergie, conversions et transferts
5 Exercice 4 : Bilan de puissance dans un électrolyseur Un électrolyseur est un dipôle qui convertit de l'énergie électrique en énergie chimique. Sa caractéristique intensité-tension est donnée ci-contre.