Physique

Exercices sur les forces 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

Compléter le texte ci-dessous en ajoutant les mots ou groupe de mots manquants
 
1) Une intensité : c'est :$\ldots$ exprimée en $\ldots\ldots$
 
2) Une droite d'action : c'est $\ldots$ ; elle peut être $\ldots$, $\ \ldots$, $\ldots\ldots$
 
3) On mesure la valeur d'une force à l'aide d'un $\ldots\ldots\ldots$

Exercice 2

Représenter par un vecteur chacune des forces suivantes :
 
1) Le poids d'une plaque métallique pesant $4.75\;N$
 
2) La force de traction de $525\;N$ avec laquelle une remorque est déplacée horizontalement.

Exercice 3 

La caisse $C$ de poids $20\;N$ est en équilibre sur une table tel que indiqué par le schéma ci-contre. $A$ et $B$ sont deux charges pesant chacune $0.5\;kg$
 
1) Reprendre le schéma en représentant toutes les forces agissant sur la caisse $C$
 
2) Représenter le poids de chacune des deux charges.
 
3) Donner l'intensité de chacune de ces force

 

 

Exercice 4

Le poids d'un objet est une force.
 
1) Donner sa définition et dites c'est quelle sorte de force ?
 
2) Indiquer et préciser ses caractéristiques.

Exercice 5 

Un objet de masse $500\;g$ est suspendu à un ressort et pend.
 
1) Représenter, sur un schéma, les forces qui lui sont appliquées
 
2) Donner, en les précisant, les caractéristiques de chacune de ces forces.

Exercice 6 

Faites, sur un schéma, l'inventaire de toutes les forces qui s'appliquent sur une voiture roulant à vitesse constante sur une route horizontale.

Activités : Conditions d'équilibre d'un solide

Une plaque de polystyrène de poids négligeable est soumise à l'action de deux forces par l'intermédiaire de deux fils tendus. 
 
Les deux cylindres accrochés aux deux poulies ont pour masse $50\;g.$
 
On donne $g=10N\cdot kg^{-1}$
 
 
 
1) Calculer l'intensité du poids de chaque cylindre
 
2) Représenter le poids des deux cylindres en prenant comme échelle $1\;cm$ pour $0.25N$ puis les forces exercées en $A$ et $B$ en conservant la même échelle. 
 
On notera $\overrightarrow{F}_{1/S}$ la force exercée en $A$ et  $\overrightarrow{F}_{2/S}$ la force exercée en $B.$
 
3) Pourquoi dit-on que dans ce cas la plaque est en équilibre ?
 
4) Compléter le tableau :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline \text{Force}&\text{Point d'application}&\text{Direction}&\text{Sens}&\text{Intensité }(N)\\ \hline \overrightarrow{F}_{1/S}& & & &\\ \hline \overrightarrow{F}_{2/S}& & & & \\ \hline \end{array}$$
 
5) Déduis du tableau une relation entre $\overrightarrow{F}_{1/S}\ $ et $\ \overrightarrow{F}_{2/S}\ $ ?

Exercice 7 Effets d'une action mécanique

1) Donner trois effets possibles d'une action mécanique exercée sur un objet.
 
2) Citer un exemple pour chaque effet

Exercice 8 Types d'actions mécaniques

1) Cite deux exemples d'une action de contact et deux exemples d'une action à distance
 
2) Cite un exemple d'une action localisée et un exemple d'une action répartie.

Exercice 9 Reconnaissance de types d'actions mécaniques

Classe les types d'action en action de contact et en action à distance :
 
Action exercée par un pied sur un ballon.
 
Action exercée par un marteau sur un clou.
 
Action exercée par la Terre sur une mangue qui tombe d'un manguier.
 
Action exercée par le vent sur une voile de bateau.
 
Action exercée par un homme tirant sur la laisse d'un chien.
 
Action exercée par un aimant sur une bille d'acier passant à sa proximité.
$$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Action de contact}&\text{Action à distance}\\ \hline &\\ \hline &\\ \hline &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 10 Caractéristiques d'une force

1) Citer les quatre caractéristiques d'une force représentant une action localisée.
 
2) Comment représente-t-on une force ?
 
3) Quel appareil mesure la valeur d'une force ?

Exercice 11 Représentation d'une force

Une force a une intensité de $30N.$
 
1) Représente cette force en utilisant les échelles suivantes :
 
$1^{er}$ cas : direction verticale et sens vers le haut ; échelle : $1\;cm$ pour $5N$ ;
 
$2^{ième}$ cas : direction horizontale et sens vers la droite ; échelle : $1\;cm$ pour $6N$
 
$3^{ième}$ cas : direction faisant un angle de $30^{\circ}$ par rapport à l'horizontale et sens vers le haut. échelle : $1\;cm$ pour $10N$
 
2) Donne l'intensité d'une force représentée par un vecteur de longueur $5\;cm$ à chacune des échelles précédentes
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Exercices sur la dispersion de la lumière blanche 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

Compléter le texte ci-dessous en ajoutant les mots ou groupes de mots manquants

1) L'œil $\ldots$ a un cristallin peu convergent. Il donne des images $\ldots$ la rétine. On le corrige par le port de lentille $\ldots$.
 
2) Dans le spectre de la lumière blanche, on distingue $\ldots$ lumières $\ldots$ : la lumière blanche est donc une lumière $\ldots$.

Exercice 2 

Donner les mots permettant de remplir de la grille ci-contre :
 
Horizontalement :
 
1) – sert à décomposer une lumière

3) – est une lumière fondamentale

7) – blanche, elle est polychromatique
 
Verticalement :
 
1) – la température de celle du soleil est de l'ordre de $6000^{o}\;C$
 
8) – elle est quelquefois une bande colorée
 
11) – il est utilisé pour décomposer la lumière blanche

 
 

 

Exercice 3

L'arc-en-ciel est une belle irisation résultant de la dispersion de la lumière blanche.
 
1) Donnez, dans l'ordre, les différentes couleurs observables dans l'arc-en-ciel.
 
2) Indiquez le rôle joué respectivement par le soleil, la pluie et le ciel.

Exercice 4

Moctar, habillé en noir et Ibou en blanc vont à l'école par un après-midi ensoleillé.
 
1) Donnez une explication à chacune de leurs sensations : Moctar étouffe de chaleur et Ibou se sent à l'aise.
 
2) A la tombée de la nuit, ils traversent une route très fréquentée par des voitures à phares blancs ; lequel des deux copains est le plus en danger et pourquoi ?

Exercice 5 

Un objet, éclairé par une lumière blanche, est rouge. Indiquez sa coloration quand il est éclairé par
 
1) Une lumière rouge.
 
2) Une lumière bleue
 
3) Une lumière jaune.

Activités

On éclaire une fente avec une lumière blanche. 
 
Le faisceau cylindrique obtenu est envoyé sur la face d'un prisme. 
 
On observe différentes couleurs sur un écran placé après le prisme.
 
1) Comment appelle-t-on ce phénomène observé à la sortie du prisme ?
 
2) Énumère les couleurs du bas vers le haut.

Exercice 6 maitrise de connaissances

Recopie et complète les phrases suivantes par les mots ou groupes de mots suivants :
 
monochromatique ; spectre ; dispersion ; noire ; déviée ; vert ; gouttelettes ; polychromatique ; lumière blanche ; rouge ; radiations lumineuses.
 
Un prisme permet de décomposer la .......... en plusieurs ........... 
 
C'est le phénomène de .......... de la lumière. 
 
La bande colorée obtenue est appelée ........ de la lumière blanche.
 
La radiation ........... est la moins déviée. 
 
La radiation violette est la plus ......... 
 
Une lumière formée de plusieurs radiations est une lumière ..........
 
Une lumière formée d'une seule radiation est dite ...........
 
La superposition des sept principales couleurs donne ...........
 
Un objet a une couleur verte parce qu'il absorbe toutes les autres couleurs de la lumière blanche sauf le ............
 
Un objet est ............ parce qu'il absorbe toutes les couleurs de la lumière blanche. 
 
L'arc en ciel est obtenu par la décomposition de la ............ du soleil par les .......... d'eau de l'atmosphère.

Exercice 7 L'arc-en-ciel

Un arc-en-ciel est obtenu par l'action des gouttelettes d'eau de l'atmosphère sur la lumière du soleil.
 
1) Quel est le phénomène subi par la lumière blanche du soleil traversant les gouttelettes d'eau ?
 
2) Indique le rôle joué par le soleil, les gouttelettes d'eau de pluie dans la formation de l'arc-en-ciel.
 
3) Cite les principales couleurs de l'arc-en-ciel. 
 
Précise leur ordre.

Exercice 8 Nature de la lumière

1) Définis une lumière monochromatique et donne un exemple de source lumineuse monochromatique.
 
2) Définis une lumière polychromatique et donne un exemple de source lumineuse polychromatique

Exercice 9 Couleur des objets

On éclaire une pomme avec la lumière blanche. 
 
On la voit rouge. 
 
Expliquer.

Exercice supplémentaire

Moctar, habillé en noir et Fatou en blanc, vont à l'école lors d'un après-midi ensoleillé. 
 
Moctar étouffe de chaleur et Fatou se sent à l'aise.
 
1) Donne une explication à chacune de leur sensation :
 
A la tombée de la nuit, ils traversent une route très fréquentée par des voitures à phares blancs.
 
2) Lequel des deux est le plus en danger ? 
 
justifie ta réponse.
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

La calorimétrie - 3e

Classe: 
Troisième

Situation - problème.

Pour faire une tisane tiède à son enfant malade, une maman ajoute aux $400\,g$ d'eau à $75^{\circ}C$ contenu dans un pot, $200\,g$ d'un jus à $20^{\circ}C.$
 
La maman appelle alors la sœur de l'enfant et lui pose les questions suivantes :
 
Dans le mélange obtenu que perd ou gagne chacun des corps mélangés ?
 
A quelle température se trouvait le pot qui contenait l'eau avant le mélange ?
 
Quelle est la température de la tisane obtenue ?

I. Introduction

La calorimétrie est la mesure de la quantité de chaleur $Q$ reçue $(+Q)$ ou cédée $(-Q)$ par un corps.

N.B.

Un échange de chaleur peut se traduire entre autre par une variation de température ou changement d'état. 
 
Dans la suite, la chaleur échangée ne change pas l'état physique du corps.

II. La quantité de chaleur échangée

II.1 Quantité de chaleur et variation de la température.

L'expérience montre que la quantité de chaleur $Q$ reçue ou cédée par un corps est proportionnelle à la variation de sa température $\Delta t$.

Remarque :

La variation de température d'un corps est égale à la différence entre sa température finale $t_{f}$ et sa température initiale $t_{i}$
 
$\Delta t=t_{f}-t_{i}$

II.2 Quantité de chaleur masse du corps

La quantité de chaleur $Q$ reçue ou cédée par un corps dépend de sa masse $m.$

II.3 Quantité de chaleur et chaleur massique du corps.

La quantité de chaleur reçue ou cédée par un corps dépend de la nature du corps. 
 
La nature du corps, dans ce cas, est caractérisée par sa chaleur massique $c.$

Exemple :

La chaleur massique de l'eau est : $c=4180\,J/kg^{\circ}C.$

Expression de la quantité de chaleur échangée

La quantité de chaleur $Q$ reçue ou cédée par un corps dont l'état physique ne change pas est égale au produit de sa masse $m$ par sa chaleur massique $c$ que multiplie la variation de sa température $\Delta\,t.$
 
$Q=m \cdot c\cdot\Delta t$
 
$Q=m \cdot c (t_{f} - t_{i})$

II.4 Unités

L'unité internationale de chaleur est le joule $J$.
 
La masse est $kg$.
 
La chaleur massique $c$ en $(Jkg^{-1})^{\circ}C$ or $1^{\circ}K=1^{\circ}C$ on a aussi $c$ en $J/kg^{\circ}C$
 
La variation de température $\Delta\,t$ est $^{\circ}K$ donc en $^{\circ}C$.

III. Température d'équilibre d'un mélange

III.1 Bilan de l'échange thermique

En mélangeant des corps de températures différentes, leur échange de chaleur aboutit à un équilibre thermique.
 
Les corps chauds se refroidissent en cédant de la chaleur $(-Q_{1})$ :
 
Leur température initiale baissent ; les corps froids s'échauffent en gagnant de la chaleur $(+Q_{2})$ :
 
Leur température initiale augmente.
 
$-Q_{1}=+Q_{2}$

III.2 La température d'équilibre.

A l'équilibre thermique, le mélange a une seule température $t_{eq}$ appelée température d'équilibre du mélange.
 
Cette température d'équilibre est aussi la température finale de chacun des corps mélangés.

Remarque:

Le calorimètre et ses accessoires (thermomètre, agitateur...) participent aussi à l'équilibre thermique.
 
Quand cette participation n'est pas négligée, alors, on donne souvent sa valeur en eau qui est une masse d'eau qui aurait eu la même participation thermique.

Exemple pratique

Un bloc métallique de masse $m_{1} =400\,g$ et de chaleur massique $0.5\,cal/g^{\circ}C$ a une température de $80^{\circ}C.$
 
On le plonge dans une masse d'eau $m_{2}=500\,g$ à la température $t_{2}=34^{\circ}C.$
 
Trouver la température du mélange obtenu.
 
La quantité de chaleur cédée par le corps le bloc métallique est :
 
$Q_{1}=m_{1}c_{1}(t_{f1}- t_{i1})$
 
$m_{1} = 400\,g=0.4\,kg$
 
$c_{1}=0.5 cal/g^{\circ}C=0.5 \times 4180 \times 103 J/kg^{\circ}C=2090 J/kg^{\circ}C$
 
$t_{f1}=t_{eq}$ ?
 
$t_{f1}=80^{\circ}C$
 
$Q_{1} = 0.4\times  2090(t_{eq} 80) = (836 t_{eq} - 66880) J$
 
La quantité de chaleur reçue par le corps froid est :
 
$Q_{2} = m_{2} c_{2}(t_{f2} - t_{i2})$
 
$m_{2}= 500g = 0.5 kg$
 
$c_{2} = 4180 J/kg^{o}C$
 
$t_{f2} = t_{eq}$ ?
 
$Q_{2}= 0,5 x 4180(t_{eq} - 34) = (2090 t_{eq} - 71060) J$
 
A l'équilibre
 
$- Q_{1}= + Q_{2}$
 
$-836 t_{eq} + 66880 = 2090 t_{eq}-71060$
 
$\Longleftrightarrow\  2926 t_{eq} = 137940$
 
La température d'équilibre du mélange est de :
 
$t_{eq} =\dfrac{137940}{2926}= 47.14^{o}C$.
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Energie et rendement - 3e

Classe: 
Troisième

I. Définition de l'énergie

Un système possède de l'énergie quand il peut produire un travail.

N.B. 

L'énergie $E$ d'un système se mesure par le travail qu'il peut fournir.
 
$E=W$

II. Unités d'énergie

L'unité internationale d'énergie est le joule $J$.

Remarques :

Certaines formes d'énergies sont quelquefois exprimées en des unités pratiques :
 
$\lozenge\ \ $ Le kilowattheure $kWh$ pour l'énergie électrique.
 
$1kwh=10^{3}wh$
 
$1wh=1\,w\times 1h=1\,w\times 3600\,s$
 
$1\,wh=3600\,J.$
 
$\lozenge\ \ $ La calorie $cal$ pour l'énergie calorifique (elle est en voie de disparition). 
 
$1\,cal=4.18\,J.$

III. Les formes d'énergies

III.1 L'énergie mécanique.

III.1.1 L'énergie cinétique.

L'énergie cinétique $E_{c}$ est celle que le corps acquiert dans le mouvement. 
 
Cette énergie est fonction de la vitesse $v$ et de la masse $m$ du corps.
 
$E_{c}=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

III.1.2 L'énergie potentielle.

L'énergie potentielle $E_{p}$ d'un système est celle qu'il possède à cause d'une contrainte. 
 
On distingue :
 
$\lozenge\ \ $ L'énergie potentielle de pesanteur.
 
L'énergie potentielle de pesanteur est celle que possède un objet suspendu. 
 
Laissé à lui même cet objet effectue un travail par son poids. 
 
Elle est fonction de la hauteur.
 
$E_{p}=P\cdot h=m\cdot g\cdot h$
 
$\lozenge\ \ $ L'énergie potentielle élastique.
 
L'énergie potentielle élastique est l'énergie emmagasinée par un corps élastique contraint. 
 
Cette contrainte peut être une compression ou un étirement.

Conclusion :

L'énergie mécanique.
 
L'énergie mécanique $E_{m}$ d'un système est l'ensemble de son énergie cinétique $E_{c}$ et de son énergie potentielle $E_{p}$.
 
$E_{m}=E_{c}+E_{p}.$

III.2 L'énergie calorifique

L'énergie calorifique ou thermique est la chaleur que possède un système. 
 
Elle peut être entièrement ou partiellement transformée en chaleur.

III.3 L'énergie électrique

III.3.1 Aspect général.

L'énergie électrique d'un appareil est égale au produit de sa puissance électrique $P$ par la durée de son fonctionnement. 
 
$E=P\cdot t\quad(1)$
 
La puissance $P$ d'un appareil électrique est donnée par :
 
$P=U\cdot I$
 
L'égalité $(1)$ peut s'écrire
 
$E=U\cdot I\cdot t$

III.3.2 L'effet - Joule

a) - Définition .

On appelle effet-Joule, le dégagement de chaleur qui accompagne toujours le passage du courant électrique dans un conducteur.

b) - Loi de Joule.

L'énergie électrique s'écrit $E=W=U\cdot I\cdot t$

 
Pour le conducteur ohmique parcouru par un courant électrique $U=R\cdot I$ (d'après la loi d'ohm)
 
L'énergie calorifique, que le conducteur peut alors dégager, s'écrit :
 
$E=W=R\cdot I^{2}\cdot t$

Énoncé de la loi de joule :

La quantité de chaleur dégagée dans un conducteur par le passage d'un courant électrique est :
 
proportionnelle au temps $t$ de passage du courant.
 
proportionnelle au carré de l'intensité $I$ du courant.
 
variable avec la résistance $R$ du conducteur.
 
$E=W=R\cdot I^{2}\cdot t$

c) - Applications de l'effet - Joule

L'effet - Joule a plusieurs applications pratiques dont la lampe à incandescence, le radiateur, le fusible, le thermoplongeur, le réchaud électrique...

III.4 L'énergie lumineuse.

L'énergie lumineuse est celle que transporte un faisceau de lumière.

III.5 L'énergie chimique.

Un système possède de l'énergie chimique lorsqu'il peut fournir un travail à partir d'une réaction chimique. 

Exemples : 

Le moteur à explosion, la cartouche de dynamite, le mélange tonnant.

IV. Transformations d'énergies

IV.1 Principe de la conservation de l'énergie.

L'énergie ne peut ni se perdre ni se créer ; elle se transforme : 
 
Toute énergie qui apparaît sous une forme est le résultat de la transformation d'une énergie équivalente sous une autre forme.

IV.2 Exemples de transformations.

IV.2.1 Énergie mécanique $\lozenge\ \ $ Énergie électrique

$\lozenge\ \ $ La rotation (énergie cinétique) d'une génératrice de vélo fournit du courant (énergie électrique)
 
$\lozenge\ \ $ Branché sur le secteur (énergie électrique) le ventilateur tourne (énergie cinétique).

IV.2.2 Énergie calorifique $\lozenge\ \ $ Énergie mécanique.

$\lozenge\ \ $ Le fonctionnement de la machine à vapeurs (énergie calorique) a permit à d'anciens bateaux, trains... de se déplacer (énergie mécanique)
 
$\lozenge\ \ $ Le frottement d'un brin d'allumette (énergie cinétique) enflamme ce dernier (énergie calorifique)

V. Rendement.

V.1 Fonctionnement d'une machine

Une machine, pour fonctionner, transforme une énergie d'entrée ou énergie reçue $E_{e}$ en une autre forme d'énergie appelée énergie de sortie ou énergie utile $E_{s}.$
 
L'usure inévitable de la machine rend toujours l'énergie de sortie inférieure à l'énergie d'entrée.
 
$E_{e}=E_{s}+E_{u}$
 
 

V.2 Le rendement d'une machine.

On appelle rendement d'une machine le rapport de l'énergie de sortie $E_{s}$ sur l'énergie d'entrée $E_{e}$ 
 
$r=\dfrac{E_{s}}{E_{e}}$
 
Le rendement $r$ est un nombre abstrait (sans unité)

N.B.

Le rendement d'une machine est toujours inférieur à l'unité à cause de l'énergie $E_{u}$ consommée par l'usure qui peut être : 
 
les frottements des pièces mobiles, les échauffements dus aux frottements... $0<r<1.$

Remarque :

L'énergie étant proportionnelle à la puissance, le rendement d'une machine est aussi égale au rapport de la puissance de sortie $P_{s}$ sur la puissance d'entrée $P_{e}$
 
$R=\dfrac{P_{s}}{P_{e}}$
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Associations de conducteurs ohmiques 3e

Classe: 
Troisième

Situation - problème

 
Pour réaliser les $13.2\Omega$ devant protéger la lampe témoin de l'alarme de sa maison, un électricien ne dispose que de deux conducteurs de résistances respectives $R_{1}=22\Omega$ et $R_{2}=33\Omega$. Quel montage devra-t-il réaliser pour répondre à cette exigence du constructeur ?
 

I Conducteurs en série

  I.1 Rappels.

 
Dans un circuit - série, le courant est partout le même : l'intensité du courant est constante
$I=I_{1}=I_{2}$
 
 
La tension aux bornes d'un groupement en série est égale à la somme des tensions
$U=U_{1}+U_{2}$

  I.2 La résistance équivalente du groupement.

On vérifie à l'ohmmètre que la résistance $R_{e}$ du groupement que l'on appelle résistance équivalente est égale à la somme des résistances respectives des conducteurs en série.
$R_{e}=R_{1}+R_{2}$
 
N.B. Vérification théorique.
Appliquons la loi d'ohm au circuit. $U=R_{e}.I$
Or nous savons que $U_{1}=R_{1}.I_{1}$ ; $\ U_{2}=R_{2}.I_{2}$
Et que $U = U_{1} + U_{2}$
Que l'on peut écrire $R_{e}. I = R_{1} . I_{1} + R_{2} . I_{2} = (R_{1} + R_{2}) I$
On trouve donc $R_{e} = R_{1} + R_{2}$

II Conducteurs en parallèle

  II.1 Rappels.

 
 
Dans un groupement en parallèle, l'intensité du courant principal est égale à la somme des intensités des courants circulant dans chacune des dérivations.
$I = I_{1} + I_{2}$
 
 
Dans un groupement en parallèle, la tension est la même aux bornes des différentes dérivations
$U = U_{1} = U_{2}$

  II.2 La résistance équivalente à un groupement de conducteurs en parallèle.

La mesure à l'ohmmètre montre que la résistance équivalente est inférieure à la plus petite des résistances respectives des conducteurs associés en parallèle.
 
N.B. Expression théorique
En appliquant la loi d'ohm, on trouve
$I =\dfrac{U}{R_{e}}$;  $\ I_{1} =\dfrac{U}{R_{1}}$; $\ I_{2} =\dfrac{U}{R_{2}}$
Nous savons que $I = I_{1} + I_{2}$
Qu'on peut alors écrire : $\dfrac{U}{R_{e}}=\dfrac{U}{R_{1}}+\dfrac{U}{R_{2}}=U\left(\dfrac{1}{R_{1}}+\dfrac{1}{R_{2}}\right)$ 
Ce qui donne : $\dfrac{1}{R_{e}}=\dfrac{1}{R_{1}}+\dfrac{1}{R_{2}}$
 
Remarque : La résistance équivalente est celle du conducteur équivalent. Le conducteur équivalent est le conducteur qui, mis à la place du groupement, ne modifie ni la tension ni le courant dans le circuit.

Source: irempt.education.sn

 

La loi d'Ohm 3e

Classe: 
Troisième

I Étude de la loi

  I.1 Montage expérimental

Le montage comprend :
 
$\centerdot\ \ $ Un générateur
 
$\centerdot\ \ $ Un rhéostat
 
$\centerdot\ \ $ Un conducteur ohmique
 
$\centerdot\ \ $ des fils de connexion
 
$\centerdot\ \ $ un interrupteur
 
$\centerdot\ \ $ Un voltmètre
 
$\centerdot\ \ $ Un ampèremètre

N.B.

Un conducteur ohmique est un conducteur qui transforme l'énergie électrique en chaleur. 

Exemples : 

le résistor, le fer à repasser, le réchaud, le radiateur...
 
 
Donnons différentes valeurs à $U_{BD}$ aux bornes du conducteur ohmique et notons, pour chacune d'elles la valeur correspondante de l'intensité du courant qui traverse alors le conducteur $C$

I.2 Résultats expérimentaux.

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|} \hline U(V)&  &  &  &  &  \\ \hline I(m\,A)&  &  &  &  &  \\ \hline \end{array}$$

I.3 Interprétation.

Traçons la courbe représentative des différents couples $(U\;,\ I)$ du conducteur $C$ en portant les valeurs de $I$ en abscisse et celles de $U$ en ordonnée.

N.B.

Choisir une échelle convenable compte tenu des résultats de l'expérience.

 
La courbe ainsi obtenue, appelée caractéristique intensité - tension du conducteur $C$, est une droite passant par l'origine $O$ du repère. 
 
Elle représente une fonction linéaire de la forme :
 
$U=R.I$
 
Le coefficient directeur $R$ de cette fonction représente la résistance du conducteur ohmique $C.$

II. La loi d'Ohm

II.1 L'énoncé

La tension $U$ aux bornes d'un conducteur ohmique est égale au produit de sa résistance $R$ par l'intensité $I$ du courant qui le traverse.

II.2 Conséquences.

II.2.1 Puissance électrique dissipée par un conducteur ohmique.

La puissance électrique d'un conducteur quelconque est donnée par $P=U\cdot I$
 
Pour un conducteur ohmique $U=R\cdot I$
 
Donc $P=RI\times I=RI^{2}$
 
La puissance électrique dissipée par un conducteur ohmique est égale au produit de sa résistance $R$ par le carré de l'intensité $I$ du courant qui la traverse.
 
$P=R\cdot I^{2}$

II.2.2 L'énergie électrique du conducteur ohmique.

L'énergie mise en jeu par un conducteur quelconque.
 
$E=U\cdot I\cdot t$
 
Pour le conducteur ohmique, nous savons que $U=R\cdot I$
 
Donc son énergie électrique est donnée par $E=R\cdot I\times I\cdot t=R\cdot I^{2}\cdot t$
 
L'énergie électrique consommée par un conducteur ohmique est égale au produit de sa résistance $R$ par le carré de l'intensité $I$ du courant qui le traverse que multiplie la durée $t$ de son fonctionnement.
 
$E=R\cdot I^{2}\cdot t$

Source: 
irempt

La résistance électrique - 3e

Classe: 
Troisième
 

Situation - problème.

Au cours d'une séance de TP, un groupe d'élèves, en montant une lampe aux bornes d'un générateur remarque :
 
$\lozenge\ \ $ La lampe brille moins quand ils utilisent un fil mince.
 
$\lozenge\ \ $ Qu'en mettant ensemble $2$, $3$, ...$10$ fils la lampe brille davantage.
 
Ces élèves cherchent à comprendre ce phénomène physique. 
 
Expliquer.

I. Étude expérimentale

Dans le montage ci-dessous où un générateur alimente une lampe (de poche), intercalons différents conducteurs entre $C$ et $D.$
 
L'ampèremètre placé dans le montage montre que l'intensité du courant qui passe dépend du conducteur placé.
 
 
 

II. Conclusions

Tout conducteur possède une résistance électrique $R$ qui est sa manière de résister au passage du courant électrique.

III. Unité de mesure.

L'unité internationale de résistance électrique est l'ohm $(\Omega)$, il a des multiples et sous multiples.

IV. Appareil de mesure

L'appareil de mesure de la résistance électrique est l'ohmmètre. 
 
Il est mis en parallèle avec le conducteur non alimenté dont on veut connaître la résistance.

V. La résistance d'un fil homogène

Rappels :

Un fil, généralement cylindrique, a pour dimensions :
 
$\lozenge\ \ $ Une longueur $l.$
 
$\lozenge\ \ $ Un diamètre $d$ qui est le double de son rayon $r$ ; $d=2r.$
 
Sa section $S$ est la surface de base qui est un disque $S=\pi\,r^{2}$ ou $S=\pi\dfrac{d^{2}}{4}$

V.1 Étude expérimentale

V.1.1 Mesure de la résistance R d'un fil.

 
 
Mesurons, à l'aide d'un ohmmètre, les résistances respectives de fils ayant :
 
a) Même nature, même section et des longueurs différentes $l_{1}$; $\ l_{2}$; $\ l_{3}$...
 
L'expérience montre que si $l_{1}=2l_{2}=3l_{3}$ alors $R_{1}=2R_{2}=3R_{3}$
 
b) Même nature, même longueur et des sections différentes $S_{1}$; $\ S_{2}$; $\ S_{3}$...
 
L'expérience montre que si $S_{1}=2S_{2}=3S_{3}$ alors $R_{1}=\dfrac{R_{2}}{2}=\dfrac{R_{3}}{3}$
 
c) Même longueur, même section et de natures différentes.
 
Les résistances respectives de fils de mêmes dimensions de natures différentes ont des valeurs différentes.

V.1.2 Conclusions.

a) Résistance et longueur du fil.

 
b) La résistance $R$ d'un fil homogène est proportionnelle à sa longueur $l.$
 
c) Résistance et section du fil.
 
La résistance $R$ d'un fil homogène est proportionnelle à l'inverse de sa section $\dfrac{1}{S}$
 
d) Résistance et nature du fil.
 
La résistance $R$ dépend de la nature du fil caractérisée par sa résistivité $\rho$ : 
 
Elle est proportionnelle à cette résistance $\rho.$

V.2 Expression de la résistance d'un fil homogène.

La résistance $R$ d'un fil homogène à section constante $S$ est égale au produit de sa résistivité $\rho$ par sa longueur $l$ que divise sa section $S.$
 
$R=\dfrac{\rho.l}{S}$

Conséquence : 

Unité de la résistivité $\rho.$
 
$R=\dfrac{\rho\cdot l}{S}\ \Longrightarrow\ \rho=\dfrac{R\cdot S}{l}$
 
$R=1\Omega$
 
$S=1\,m^{2}$
 
$L=1\,m$
 
Donc $\rho=\dfrac{1\Omega\cdot 1m^{2}}{1\,m}=1\Omega\,m$
 
La résistivité s'exprime en ohm-mètre $(\Omega\cdot m).$

VI La résistance variable.

C'est un conducteur dont la résistance $R$ varie plus généralement avec la longueur du fil qui le constitue. 
 
Il est noté :
 
 
 
Suivant son montage dans un circuit électrique, la résistance variable est appelée :

VI.1 Un rhéostat

Un rhéostat est une résistance variable montée en série dans un circuit.
 
Il permet de régler l'intensité du courant électrique dans le circuit.
 
 

VI.2 Un potentiomètre.

Un potentiomètre est une résistance variable montée en parallèle dans le circuit.
 
Il permet de régler la tension électrique
 

 

 
Source: 
irempt.ucad.sn

Le courant électrique - 3e

Classe: 
Troisième

Situation - problème

Après une pluie abondante dans la région, un journal rapporte qu'un enfant s'est tué par électrocution en traversant un courant d'eau qui déverse ses eaux de ruissellement dans un lac artificiel. 
 
C'est à une cinquantaine de mètres du lieu de l'accident qu'il a été remarqué un fil électrique tombé dans l'eau.. Comment peut-on expliquer ce phénomène ?

I. Définition

Le courant électrique est un mouvement d'ensemble d'électricité. 
 
Il peut être :
 
$\lozenge\ \ $ Continu si ce mouvement a lieu continuellement dans le même sens. $(-)$
 
$\lozenge\ \ $ Alternatif si le mouvement s'effectue alternativement dans un sens et dans l'autre. $(\sim)$

N.B.

Le courant continu a un sens : 
 
On dit qu'il est polarisé contrairement au courant alternatif.

I.1 La quantité d'électricité

Les porteurs de charges en mouvement transportent une quantité d'électricité $q$ multiple de la charge électrique $e$
 
$q=n\cdot e$

I.2 L'intensité du courant électricité

I.2.1 Expressions

L'intensité $I$ du courant électrique mesure la quantité d'électricité $q$ par unité de temps $t.$
 
$I=\dfrac{q}{t}\quad q=n\cdot e\ \Longrightarrow\  I=\dfrac{n\cdot e}{t}$

I.2.2 Mesure

On détermine l'intensité $I$ d'un courant électrique à l'aide d'un ampèremètre qui est toujours monté en série dans le circuit

I.3 Unités

L'unité internationale d'intensité du courant électrique est l'ampère $(A)$. 
 
Il a principalement des sous multiples et des multiples plus rarement utilisés

N.B.

Les porteurs de charges électriques sont :
 
$\lozenge\ \ $ Des électrons dans les conducteurs métalliques.
 
$\lozenge\ \ $ Des ions dans les électrolytes.

II. Le circuit électrique

C'est le chemin que suit le courant électrique pour aller du générateur aux récepteurs à travers les fils conducteurs.

II.1 Les générateurs de courant électrique.

Ce sont des dispositifs électriques qui entretiennent le courant. 
 
Il existe divers générateurs électriques :
 
$\lozenge\ \ $ Pile, batterie d'accumulateurs..., ils fournissent du courant continu.
 
$\lozenge\ \ $ Alternateur, génératrice de vélo..., ils fournissent un courant variable.
 
Quelque soit sa nature, un générateur a toujours deux bornes : c'est un dipôle actif.

II.2 Les récepteurs électriques

Ce sont les autres appareils du circuit que le courant électrique fait fonctionner
 
Quelque soit sa nature, un récepteur électrique a toujours deux bornes : c'est un dipôle passif.

II.3 Les fils électriques

Ce sont les fils conducteurs qui relient les différents appareils d'un circuit ; ils permettent le passage du courant. 
 
On les appelle aussi les fils de connexions.

II.4 Le montage électrique

Le montage électrique est la réalisation pratique d'un circuit électrique. 
 
Il peut être :
 
$\lozenge\ \ $ Un montage en série. 
 
Le courant électrique est partout le même : des appareils en série sont parcourus par le même courant.
 
$\lozenge\ \ $ Un montage en parallèle (en dérivation) Des appareils montés en parallèle ou en dérivation sont à la même tension électrique.

III. Sens du courant électrique

III.1 le courant électrique a un sens

Des phénomènes tels que l'électrolyse, des mouvements d'origine électrique. 
 
Montrent que le courant électrique a un sens.

III.2 le sens conventionnel

Le sens conventionnel du courant est tel qu'il sort par la borne positive et entre par la borne négative du générateur.

IV. Quelques grandeurs électriques :

Dans un circuit électrique, on peut mesurer des grandeurs tel que :
 
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline\text{Grandeurs}&\text{Appareils de mesures}&\text{Unité(SI)}&\text{Notations}\\ \hline\text{Intensité}&\text{Ampèremètre}&\text{Ampère : }A&I\\ \hline\text{Tension}&\text{Voltmètre}&\text{Volt : }V&U\\ \hline\text{Puissance électrique}& &\text{Watt : }W&P=U\times I\\ \hline\text{Energie éléctrique}& &\text{Joule : }J&E=P\cdot t=U\cdot I\cdot T\\ \hline \end{array}$$
 
De nos jours, les appareils de mesures électriques sont de plus en plus à affichage numériques ; il en existe encore à aiguille
 
$\text{Valeur mesur acute }e=\dfrac{\text{calibre}\times\text{lecture}}{\text{graduations}}$

V. L'intensité dans le circuit

V.1 Loi d'unicité.

L'expérience montre que dans le circuit série, le courant électrique est partout le même : 
 
Son intensité $I$ est constante ; l'ampèremètre donne la même valeur aux différents endroits.

 

 

V.2 Loi des nœuds

On appelle nœud le point de raccordement d'au moins trois branchements.
 
L'intensité des courants qui arrivent à un nœud est toujours égale celle des courants qui en partent.
 
$I_{1}+I_{3}=I_{2}+I_{4}$

 
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Électrisation par frottement 3e

Classe: 
Troisième

Situation - problème

Dimanche, il est $16\ h$ $30\;min$, Amadou saute de son lit et se rappelle que son équipe de quartier joue dans une quinzaine de minutes.
 
Il constate avec amertume que son pantalon n'avait pas été repassé et se met aussitôt à l'œuvre avec empressement et maladresse.
 
En portant ce pantalon, au repassage forcé, il sent une étreinte au niveau de ses jambes et se pose des questions.
 
Quel est l'origine de ce phénomène ?
 
Est-il lié au pantalon ou au repassage de celui-ci ?
 
Pourquoi les cheveux de ses jambes se dressent-ils ?

I. Interactions électriques

I.1 Expériences

Frottons un stylo à bille et approchons le d'objets légers (cendres de cigarette, petits morceaux de papiers...)
 
On constate que la partie frottée du stylo attire les objets.
 
Le même phénomène explique :
 
$\lozenge\ \ $ Les cheveux qui se collent sur le peigne après usage.
 
$\lozenge\ \ $ La poussière recouvrant le disque joué
 
$\lozenge\ \ $ Les vêtements collant après repassage.

Conclusion :

Tout corps frotté s'électrise. 
 
L'électricité qui naît du frottement peut se manifester alors par l'apparition de forces.

I.2 Attraction et répulsion.

 
Frottés dans les mêmes conditions les corps identiques se repoussent
 
 
Frottés dans les mêmes conditions les corps identiques se repoussent
 
 
Des corps différents frottés s'attirent
 
L'expérience montre qu'il n'existe que deux interactions entre des porteurs de charges électriques :
 
$\lozenge\ \ $ Ils se repoussent quand les électricités sont de même nature.
 
$\lozenge\ \ $ Ils s'attirent quand ils portent des électricités de natures différentes.

Conclusions :

Les interactions électriques montrent qu'il existe deux sortes d'électricités :
 
$\lozenge\ \ $ Une électricité positive $(+)$ ; celle qui naît sur le verre frotté avec de la laine.
 
$\lozenge\ \ $ Une électricité négative $(-)$ ; celle qui naît sur l'ébonite frotté avec de la fourrure.

II. L'électricité

II.1 La charge électrique

L'électricité est l'ensemble des charges électriques. 
 
Le porteur de charges électriques notées $(q)$ est une grandeur mesurable dont l'unité est le coulomb $(C).$
 
La charge $q$ du porteur, pouvant être positive $(+q)$ ou négative $(-q)$, est un multiple de la charge élémentaire $(e)$
 
$e=1.6\cdot10^{-19}C\quad Q=n\cdot e$

II.2 Conducteurs et isolants électriques

Approchons un bâton de verre et un bâton de cuivre électrisés chacun sur une extrémité, d'objets légers répandus sur la table.
 
 
 
On constate que :
 
$\lozenge\ \ $ Le verre frotté n'attire les objets légers que sur sa partie frottée : 
 
C'est un isolant électrique.
 
$\lozenge\ \ $ Le bâton de cuivre attire les objets légers sur tout son corps même en dehors de la partie frottée : 
 
C'est un conducteur électrique.

Conclusion :

L'expérience montre que :
 
$\lozenge\ \ $ Sur un conducteur, les charges électriques se déplacent.
 
$\lozenge\ \ $ Sur un isolant, les charges électriques restent immobiles.

III. Interprétation de l'électrisation par frottement

III.1 Structure de la matière : La matière est faite d'atomes

III.2 Constitution d’un atome : Un atome est constitué :

$\lozenge\ \ $ d'un noyau central chargé positivement $(+)$ dans lequel on trouve plusieurs particules (les nucléons) dont les protons qui sont des charges élémentaires positives notées $e^{+}=+1.6\cdot10^{-19}\,C.$
 
$\lozenge\ \ $ d'électrons qui sont des charges élémentaires négatives qui gravitent autour du noyau dans un désordre ordonné. 
 
On les note $e^{-}=-1.6\cdot10^{-19}\,C.$

N.B.

Un atome, dans son état normal, est électriquement neutre. 
 
Il n'est pas porteur de charges électriques : le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre d'électrons qui gravitent autour de ce noyau..
 
$n\cdot e^{+}=n\cdot e^{-}$

III.2 Formation d'ions

En frottant une matière, ses atomes deviennent des porteurs de charges électriques par la perte ou le gain d'électrons.
 
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline\text{Atomes}&\text{Bilan de l'échange électronique}&\text{Bilan de l'échange électronique}&\text{Ions}\\ &\text{Nombre d'électrons gagnés}&\text{Nombre d'électrons perdus}&\\ \hline H& &-1\mathrm{e}^{-1}&H^{+}\\ \hline Cl&+1\mathrm{e}^{-1}& &Cl^{-1}\\ \hline Na& &-1\mathrm{e}^{-1}&Na^{+1}\\ \hline O&+2\mathrm{e}^{-1}& &O^{2-}\\ \hline Ca& &-2\mathrm{e}^{-1}&Ca^{2+}\\ \hline Al&+3\mathrm{e}^{-1}& &Al^{3+}\\ \hline N& &+3\mathrm{e}^{-1}&N^{3-}\\ \hline \end{array}$$
 
Un ion est atome ou un groupe d'atomes ayant gagné ou perdu un ou des électrons.
 
$\lozenge\ \ $ Il est un porteur positif s'il subit une perte d'électrons : On l'appelle cation.
 
$\lozenge\ \ $ Il est un porteur négatif s'il subit un gain d'électrons : On l'appelle anion.

Conclusion :

L'électrisation par frottement est un simple transfert d'électrons donc une formation d'ions.
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Principes des actions réciproques - 3e

Classe: 
Troisième

Situation - problème

Au cours de la battue annuelle d'une région, des jeunes découvrent avec étonnement leur idole le grand chasseur Bouba évanoui à quelques mètres d'un gibier qu'il a abattu avec son fusil couché à ses cotés. 
 
Ils se posent alors les questions suivantes :
 
1- Bouba a-t-il été victime de l'action du gibier ou de son fusil ?
 
2- Comparer la force qui l'a assommé et celle qui a expédié la balle reçue par le gibier.
 
3- Comment sont ces actions ?

I . Expérience


 
Grâce aux aimants, les mobiles $A$ et $B$ interagissent en s'approchant. 
 
Ces mouvements résultent des forces :
 
$\blacklozenge\ \ $ $\overrightarrow{F}_{A}$ que le mobile $A$ exerce sur le mobile $B$ et
 
$\blacklozenge\ \ $ $\overrightarrow{F}_{B}$ que le mobile $B$ exerce sur le mobile $A$.
 
Ces deux forces $\overrightarrow{F}_{A}$ et $\overrightarrow{F}_{B}$ sont des forces d'actions réciproques.
 
Caractéristiques des forces d'actions réciproques
 
Dresser le tableau d'inventaire des forces appliquées aux deux chariots ci-dessus.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline\text{Carractéristiques/Forces}&\text{Points}&\text{Droites}&\text{Sens}&\text{Intensité}\\ &\text{d'application}&\text{d'action}& &\\ \hline\text{Action }\overrightarrow{F}_{A}& & & &\\ \hline\text{Rédaction }\overrightarrow{F}_{B}& & & &\\ \hline \end{array}$$
 
Ce sont deux forces appliquées sur des corps différents et ayant mêmes intensités, mêmes droites d'actions et des sens opposés : 
 
Ce sont des forces directement opposées

N.B.

Les forces d'interactions sont des forces directement opposées appliquées sur deux objets différents qui sont alors en mouvement

II. Principe des actions réciproques.

Quand deux objets interagissent, l'action de l'un et la réaction de l'autre sont des forces directement opposées.

Remarque :

L'action et la réaction sont des actions réciproques qui se produisent simultanément.

III. Applications

Le principe des actions réciproques permet d'interpréter ou d'expliquer de nombreux phénomènes physiques parmi lesquels on peut citer :
 
$\blacklozenge\ \ $ La propulsion par réaction des avions et des fusées.
 
$\blacklozenge\ \ $ Le recul des armes à feu
 
 
Source: 
irempt.ucad.sn

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