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Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance.

✏️ Exercices pour s'entraîner

1 Énergies stockées et puissance Joule 🔗Traite aussi :• Exprimer l’énergie stockée dans un condensateur ou une bobine.
Donner l'expression de l'énergie stockée par un condensateur et par une bobine, ainsi que celle de la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance en fonction de $R$ et de l'intensité $I$ qui la traverse.
2 Charge d'une batterie 🔗Traite aussi :• Utiliser la loi des nœuds et la loi des mailles• Algébriser les grandeurs électriques et utiliser les conventions récepteur et générateur.• Modéliser une source en utilisant la représentation de Thévenin.
Un chargeur, modélisé par un générateur de Thévenin de force électromotrice $E_1 = 14$ V et de résistance interne $r_1 = 0{,}50\ \Omega$, recharge une batterie de voiture modélisée par $E_2 = 12$ V et $r_2 = 0{,}10\ \Omega$. Les deux sont branchés borne positive sur borne positive, selon le schéma ci-dessous.

1. Préciser, pour chacun des deux dipôles, la convention adoptée pour le couple $(u, i)$ avec les orientations du schéma.

2. Établir l'expression de $i$ par la loi des mailles, puis la calculer. Calculer $u$.

3. Calculer la puissance reçue par chaque dipôle, dans la convention qui lui correspond. En déduire lequel se comporte en générateur et lequel en récepteur.

4. Faire le bilan de puissance : quelle part de la puissance produite par le chargeur est réellement stockée dans la batterie ?

5. Le chargeur est défectueux et sa force électromotrice chute à $E_1 = 11$ V. Calculer $i$ et interpréter le signe obtenu.
Figure
3 Effet Joule : bouilloire et transport d'électricité
Une bouilloire électrique porte l'indication 230 V – 2000 W.

1. Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance $R$ en fonction de l'intensité qui la traverse, puis en fonction de la tension à ses bornes. Calculer l'intensité et la résistance de la bouilloire.

2. En négligeant toutes les pertes, combien de temps faut-il pour porter 1,0 L d'eau de 20 °C à 100 °C ? On donne la capacité thermique massique de l'eau, $c = 4{,}18\ \mathrm{kJ \cdot kg^{-1} \cdot K^{-1}}$.

Une centrale doit acheminer une puissance $P = 1{,}0$ MW vers une ville, par une ligne de résistance totale $R_\ell = 10\ \Omega$.

3. Exprimer les pertes par effet Joule dans la ligne en fonction de $P$, $R_\ell$ et de la tension $U$ de transport.

4. Calculer ces pertes pour une tension de 20 kV, puis de 400 kV. Conclure.
4 Caractéristique d'une pile 🔗Traite aussi :• Modéliser une source en utilisant la représentation de Thévenin. 🐍 Python
On mesure la tension $U$ aux bornes d'une pile plate en fonction de l'intensité $I$ qu'elle débite dans une résistance de charge variable $R$. On obtient les valeurs suivantes :
$$\begin{array}{c|cccccccc} I\ (\text{A}) & 0 & 0{,}05 & 0{,}10 & 0{,}20 & 0{,}30 & 0{,}40 & 0{,}50 & 0{,}60
\hline U\ (\text{V}) & 4{,}52 & 4{,}46 & 4{,}41 & 4{,}28 & 4{,}15 & 4{,}05 & 3{,}92 & 3{,}79 \end{array}$$

1. La pile est modélisée par un générateur de Thévenin, de force électromotrice $E$ et de résistance interne $r$. Montrer qu'en convention générateur $U = E - rI$.

2. Compléter le programme : saisir les mesures, puis exprimer $E$ et $r$ à partir des paramètres de l'ajustement affine, qui est déjà écrit.

3. Exprimer la puissance $P$ reçue par la résistance de charge $R$ en fonction de $E$, $r$ et $R$. Montrer qu'elle est maximale pour $R = r$ et calculer cette puissance maximale.

4. Calculer l'intensité de court-circuit de la pile et la puissance alors dissipée dans la pile elle-même. Pourquoi ne faut-il jamais court-circuiter une pile ?
Figure
🐍 À compléter, puis exécutez ou testez votre code