Aspects énergétiques des phénomènes électriques

1. Aux bornes d'un générateur réel, on a : $E\,I = U_{PN}\,I + r\,I^2$. Comment s'appelle le terme $U_{PN}\,I$ ?
2. Dans un circuit, si $V_A = 12\ \mathrm{V}$ et $V_B = -5\ \mathrm{V}$, que vaut $U_{BA}$ ?
3. Dans un circuit électrique, un voltmètre se comporte comme :
4. Si 4,3 mol d'électrons traversent un fil pendant 2,0 h, l'intensité vaut ?
5. Déterminer le rendement d'un générateur de puissance utile $P_u = 0{,}35\ \mathrm{W}$ et de puissance dissipée par effet Joule $P_J = 40\ \mathrm{mW}$.
6. Définir un nœud dans un circuit électrique.
7. Déterminer la tension aux bornes d'un générateur de résistance interne $r = 7{,}0\ \Omega$, f.é.m. $E = 3{,}5\ \mathrm{V}$, débitant $I = 250\ \mathrm{mA}$.
8. Un téléviseur de puissance 250 W fonctionne pendant 2 h 30. Calculer l'énergie consommée (en J et en kWh).

En 2,50 heures, la section S d'un fil de cuivre est traversée par $n = 17{,}4\ \mathrm{mmol}$ d'électrons.

Données : $N_A = 6{,}02\times 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$, $e = 1{,}60\times 10^{-19}\ \mathrm{C}$.

1. Calculer la valeur absolue Q de la charge électrique correspondant à cette quantité d'électrons.
2. En déduire l'intensité I traversant le fil.

On a tracé la caractéristique $U_{PN} = f(I)$ d'un générateur G : c'est une droite décroissante passant par les points (I = 0 ; U = 6,0 V) et (I = 300 mA ; U = 4,8 V).

1. Déterminer la f.é.m. $E$ de G. Expliquer la méthode.
2. Donner l'expression générale de la tension aux bornes d'un générateur réel.
3. À quoi correspond la pente de la droite $U_{PN} = f(I)$ ?
4. Calculer la valeur de cette pente, en précisant son unité.
5. Calculer la puissance utile du générateur lorsqu'il débite $I = 0{,}15\ \mathrm{A}$.

Un circuit comprend un générateur (E = 9,0 V, r = 0), un interrupteur K, un conducteur ohmique R inconnu, et deux résistances en parallèle (100 Ω et 150 Ω) entre les nœuds C et D. On donne $I = 100\ \mathrm{mA}$ (courant principal) et $V_A = 6{,}0\ \mathrm{V}$.

1. K ouvert. Cocher les relations correctes :
   • $U_{BN} = 0{,}0\ \mathrm{V}$
   • $U_{BN} = 9{,}0\ \mathrm{V}$
   • $U_{PN} = 0{,}0\ \mathrm{V}$
   • $U_{PN} = 9{,}0\ \mathrm{V}$
   • $U_{PB} = 9{,}0\ \mathrm{V}$
2. K fermé. Avec $I_1$ et $I_2$ dans les deux branches en parallèle, et $I' = I_1 + I_2$ :
   • $I = I'$
   • $I = I_1$
   • $I = I_2$
   • $I_1 = I_2$
   • $I_2 = I' - I_1$
3. R vaut (sachant que $U_{AB} = R\cdot I$ et qu'on observe $U_{AB} = 3{,}0\ \mathrm{V}$) :
   • 0 Ω
   • 30 Ω
   • 50 Ω
   • 60 Ω
   • 100 Ω
4. Calculer la différence de potentiel $U_{CD}$, sachant qu'elle vaut la même chose que pour les deux résistances en parallèle.
5. Calculer l'intensité $I_1$ dans la branche 100 Ω.

On place aux bornes d'un générateur non idéal ($E = 12{,}0\ \mathrm{V}$, $r = 7{,}3\ \Omega$) un conducteur ohmique de résistance $R = 80\ \Omega$.

1. Calculer la valeur de l'intensité I dans le circuit.
2. En prenant $I = 150\ \mathrm{mA}$, calculer la tension $U_G$ aux bornes du générateur.
3. Quel type d'appareil utiliser pour mesurer cette tension ?
4. Le circuit fonctionne pendant 17 minutes. Calculer l'énergie $W_J$ dissipée par effet Joule par le générateur (sa résistance interne).
5. Calculer le rendement de ce générateur non idéal.