Devoir n° 6 - Physique chimie - TL2

Classe: 
Terminale
 

Exercice 1

La production d'énergie électrique est assurée par des alternateurs fonctionnant grâce à diverses sources d'énergie (nucléaire, thermique, hydroélectrique, éolienne...). Ces alternateurs fournissent des tensions alternatives triphasées. La distribution se fait alors avec quatre conducteurs (trois « phases » portées aux potentiels par rapport à un neutre de potentiel voisin de celui du sol). Cette technique permet de transporter plus d'énergie qu'en distribution monophasée (une phase et un neutre) tout en diminuant le coût de construction des lignes. Pour diminuer les pertes dans les lignes, le transport a lieu à très haute tension $($des centaines de $kV).$ Des  transformateurs abaisseurs de tension sont alors nécessaires avant l'utilisation $(380V$ entre phases en triphasé, $220V$ entre phase et neutre en monophasé$).$ L'utilisation de l'électricité présente des dangers pour les personnes et les installations. L'incendie est le danger essentiel pour les installations électriques : il peut être provoqué par des échauffements liés à l'effet Joule dû à une surintensité. Des dispositifs de protection doivent donc interrompre le courant lorsqu'il dépasse une valeur dangereuse (fusibles, disjoncteurs...). Si un appareil présente une dérivation inopportune, c'est-à-dire un contact entre le fil de phase et la carcasse (ou masse) de l'appareil, le disjoncteur différentiel détecte une différence d'intensité entre la phase et le neutre et interrompt le circuit d'alimentation, à condition que la carcasse soit reliée à une prise de terre $($dans les installations de régime « $TT$ », neutre et masse sont reliés à la terre$).$ Pour la protection des personnes, le corps humain peut supporter sans danger une intensité de l'ordre de $0.01\,A$ sous $25V$ alternatif. Au-delà, il peut y avoir des risques. Il est donc indispensable d'éviter le contact avec des parties de circuits électriques portées à des tensions élevées par rapport au sol. Ces précautions sont précisées par des normes $st$ 
                                                      
1.1. Donner un titre à ce texte
 
1.2. Définir les termes soulignés du texte
 
1.3. Quels avantages présentent une distribution triphasée par rapport à une distribution monophasée ?
 
1.4. Pourquoi quelle raison le courant est transporté sous très haute tension ?
 
1.5.  Quels dispositifs de protection utilise-t-on pour éviter les dangers liés au transport du courant ?

Exercice 2

Choisir le mot correct parmi les mots mis entre parenthèses
 
2.1. Le déplacement d'un aimant au voisinage d'une bobine produit une tension (constant/variable) aux bornes de la bobine
 
2.2. Le signe de la tension aux bornes d'une bobine (change/ne change pas) lorsque l'on approche puis l'on éloigne un aimant de cette bobine
 
2.3. Un alternateur transforme l'énergie (électrique/mécanique) en énergie (mécanique/ électrique)
 
2.4. La turbine d'une centrale hydraulique est mise en rotation par un jet (eau/air)
 
2.5. La turbine d'une centrale (thermique/éolienne) est mise en rotation un jet de vapeur d'eau 
 
2.6. Un alternateur (consomme/convertit) de l'énergie
 
2.7. Le charbon, le fioul et le gaz sont des sources d'énergie (non renouvelables/renouvelables)

Exercice 3

Choisir la bonne réponse
 
3.1. Lorsqu'on approche un aimant d'une bobine reliée à un voltmètre, l'écran d'un voltmètre affiche :
 
a. une tension                          
 
b. un courant                        
 
c. une résistance
 
3.2. L'aimant d'un alternateur de bicyclette est appelé :
 
a. Stator                                      
 
b. Rotor                     
 
c. Collector
 
3.3. L'alternateur convertit l'énergie mécanique en énergie :
 
a. Thermique                             
 
b. Chimique                                
 
c. Électrique
 
3.4. La partie commune à toutes les centrales électriques est :
 
a. La turbine                                       
 
b. La source d'énergie                           
 
c. L'alternateur 
 
3.5. Une source d'énergie renouvelable est :
 
a. Le charbon                                       
 
b. L'uranium                                
 
c. L'eau 
 
3.6. La partie fixe de l'alternateur est :
 
a. Le stator                                
 
b. Le rotor                                   
 
c. La turbine

Exercice 4

On désire alimenter un chantier sous une tension sinusoïdale de valeur efficace $230V$, à partir d'une ligne monophasée $15kV$, en utilisant un transformateur suppose parfait dont la plaque signalétique porte les indications suivantes : $15000V/230V$ ; $15kVA$ ; $50Hz.$
 
4.1. Donner la signification des quatre valeurs figurant sur la plaque signalétique.
 
4.2. Calculer : 
 
4.2.1. Les valeurs efficaces des intensités nominales des courants primaire et secondaire, notées $I_{1}$ et $I_{2}$
 
4.2.2. Le rapport de transformation.
 
4.2.3. Le nombre de spires du primaire si le secondaire en comporte $36.$
 
4.3. Lorsque l'ensemble des outillages est sous tension, le chantier absorbe une puissance moyenne de $14kW$ avec un facteur de puissance égale à $k=0.8.$
 
4.3.1. Calculer pour l'installation la puissance apparente.
 
4.3.2. Le transformateur précédemment étudié peut-il être utilise pour alimenter la totalité du chantier ? 
 
Justifier votre réponse. 
$$\text{Durée : 3\,heures}$$
 

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