Série d'exercices N°1 - Circuits Électriques - 2ème Sciences

Lycée Secondaire Série d’exercices N

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1 Année scolaire : 2025-2026

Sciences Physiques Circuits Électriques Classe : 2

me

Sciences

Exercice 1 : Puissance, énergie électrique et effet Joule (Niveau :

Facile / Application)

Dans une installation domestique alimentée sous une tension alternative efficace U = 220 V, on

fait fonctionner simultanément un fer à repasser portant les indications (220 V ; 1100 W) et une

lampe à incandescence portant la mention (220 V ; 100 W).

Phase (220 V) R1 (Fer)

L (Lampe)

Neutre (0 V)

U = 220 V

Fig. 1 : Schéma du branchement en parallèle de deux appareils domestiques

Partie A : Signification des indications et étude du fer à repasser

1) a- Que représentent exactement les indications (220 V ; 1100 W) inscrites sur la plaque signa-

létique du fer à repasser ?

b- Classer le fer à repasser et la lampe dans la catégorie des récepteurs actifs ou des récepteurs

passifs. Justifier la réponse.

2) a- Calculer l’intensité I1 du courant électrique qui traverse le fer à repasser lorsqu’il fonctionne

en régime nominal.

b- En déduire la valeur de la résistance électrique R1 du fil chauffant du fer à repasser.

Partie B : Consommation d’énergie et coût financier

Le fer à repasser fonctionne pendant une durée ∆t = 2 h 30 min.

1) a- Exprimer puis calculer l’énergie électrique W1 consommée par le fer à repasser pendant cette

durée en Joules (J).

b- Convertir cette valeur d’énergie W1 en kilowatt-heures (kWh).

2) a- Sachant que la STEG facture le kilowatt-heure au tarif unique de 0,200 DT, calculer le coût

financier de cette séance de repassage.

b- Préciser un intérêt pratique et un inconvénient majeur de l’effet Joule dans les appareils

électroménagers.

On donne : 1 kWh = 3,6 × 10

6

J ; Tarif STEG = 0,200 DT / kWh.

Exercice 2 : Conducteurs ohmiques, code des couleurs et as-

sociations (Niveau :

Moyen)

On dispose de trois résistors R1, R2 et R3. On cherche à déterminer leurs résistances respectives

puis à étudier leurs associations en circuit électrique.

1

Partie A : Code des couleurs et caractéristique U = f (I)

1) Le résistor R1 comporte quatre anneaux de couleur : Jaune, Violet, Rouge, Or.

a- À l’aide du tableau du code des couleurs, déterminer la valeur nominale de la résistance R1

ainsi que sa tolérance.

b- Indiquer le nom de l’appareil de mesure qui permet de déterminer directement la résistance

d’un composant isolé du circuit.

2) Pour déterminer expérimentalement la résistance du résistor R2, on réalise le montage représenté

sur la Fig. 2.

G (réglable)

K Rh

A

A

R2

V

V

Fig. 2 : Montage expérimental de relevé de la caractéristique U = f (I) du résistor R2

En faisant varier la tension du générateur G, on relève la tension U aux bornes du résistor R2 en

fonction de l’intensité I. La caractéristique U = f (I) obtenue est représentée sur la Fig. 3.

10 20 30 40 50

1

2

3

4

5

6

I (mA)

U (V)

Fig. 3 : Caractéristique U = f (I) du conducteur ohmique R2

a- Énoncer la loi d’Ohm pour un conducteur ohmique. Justifier l’accord entre la courbe de la

Fig. 3 et cette loi.

b- Déterminer graphiquement la valeur de la résistance R2 du résistor.

Partie B : Associations de résistors (Série et Parallèle)

On associe le résistor R2 = 120 Ω avec le résistor R3 de résistance R3 = 80 Ω selon deux montages

distincts représentés sur la Fig. 4.

R2 R3

A B

(a) Association série

R2

R3

C D

(b) Association parallèle

Fig. 4 : Schémas des montages d’association des résistors R2 et R3

2

1) a- Pour l’association en série (montage a), exprimer puis calculer la résistance équivalente Rs

du dipôle entre A et B.

b- Pour l’association en parallèle (montage b), exprimer puis calculer la résistance équivalente

Rp du dipôle entre C et D.

2) a- Comparer Rs et Rp aux valeurs individuelles R2 et R3. Conclure sur l’effet de chaque type

d’association sur la résistance globale du circuit.

b- Si le groupement en parallèle (montage b) est soumis à une tension UCD = 12 V, calculer

l’intensité totale Itot du courant qui entre par la borne C.

Code des couleurs : Noir (0), Marron (1), Rouge (2), Orange (3), Jaune (4), Vert (5), Bleu

(6), Violet (7), Gris (8), Blanc (9).

Anneau de tolérance : Or (±5%), Argent (±10%).

Exercice 3 : Caractéristique d’un récepteur actif électrique

(Niveau : Intermédiaire)

Pour étudier le comportement d’un électrolyseur comme récepteur actif électrique, on réalise le

montage expérimental de la Fig. 5. Il comprend un générateur de tension continue réglable G, un

rhéostat Rh, un ampèremètre A, un voltmètre V et l’électrolyseur E muni d’électrodes inattaquables

plongées dans une solution ionique.

G (réglable)

A

A

Rh

E (Électrolyseur)

V

V

Fig. 5 : Montage expérimental d’étude de la caractéristique du récepteur actif

En faisant varier la tension délivrée par le générateur, on mesure la tension U aux bornes de

l’électrolyseur pour différentes valeurs de l’intensité I du courant. Le tracé de U = f (I) obtenu est

représenté sur la Fig. 6.

100 200 300 400 500 600

1

2

3

4

5

6

E

′

I (mA)

U (V)

Fig. 6 : Caractéristique U = f (I) de l’électrolyseur

Partie A : Analyse de la courbe et paramètres du récepteur

1) a- Expliquer pourquoi l’électrolyseur est qualifié de récepteur actif par opposition à un résistor.

3

b- Indiquer la forme géométrique de la caractéristique U = f (I) pour des intensités I > 50 mA.

2) a- Écrire l’expression littérale de la loi d’Ohm pour un récepteur actif linéaire en précisant la

signification de chaque grandeur électrique.

b- À partir de la Fig. 6, déterminer graphiquement la force contre-électromotrice (f.c.é.m.) E

′

et la résistance interne r

′

de cet électrolyseur.

Partie B : Bilan énergétique et rendement

L’électrolyseur fonctionne sous une intensité constante I = 300 mA = 0,30 A.

1) a- Calculer la tension U aux bornes de l’électrolyseur pour cette valeur d’intensité.

b- Calculer la puissance électrique totale Pe consommée par cet appareil.

2) a- Calculer la puissance utile Pu (transformée sous forme chimique) par l’électrolyseur.

b- Calculer la puissance PJ dissipée sous forme d’effet Joule à l’intérieur du récepteur.

c- Vérifier la conservation de la puissance (Pe = Pu + PJ ).

d- Définir puis calculer le rendement énergétique η de cet électrolyseur (exprimé en %).

Exercice 4 : Circuit complet, Générateur et Loi de Pouillet

(Niveau : Synthèse)

On réalise le circuit électrique fermé représenté sur la Fig. 7, comprenant en série :

— Un générateur linéaire G de force électromotrice E = 12 V et de résistance interne r = 2 Ω.

— Un moteur électrique M de f.c.é.m. E

′

= 4 V et de résistance interne r

′

= 3 Ω.

— Un conducteur ohmique de résistance R = 15 Ω.

— Un ampèremètre de résistance négligeable et un interrupteur K.

G (E r)Ug

A

A

K

R UR

M (E

′

r

′

)

Um

I

Fig. 7 : Schéma du circuit série complet

Partie A : Caractéristique du générateur et point de fonctionnement

L’interrupteur K est fermé.

1) a- Écrire la loi d’Ohm relative au générateur G exprimant la tension Ug en fonction de E, r et

de l’intensité I.

b- Calculer l’intensité du courant de court-circuit Icc de ce générateur.

2) a- Énoncer la loi de Pouillet régissant l’intensité du courant dans un circuit série composé de

générateurs et de récepteurs.

b- Appliquer la loi de Pouillet pour calculer l’intensité I du courant électrique traversant ce

circuit.

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Partie B : Tension aux bornes des dipôles et étude des rendements

1) a- Calculer la tension Ug aux bornes du générateur G.

b- Calculer la tension UR aux bornes du conducteur ohmique R.

c- Calculer la tension Um aux bornes du moteur M . Vérifier l’égalité de la loi des mailles :

Ug = UR + Um.

2) a- Calculer le rendement ηG du générateur (exprimé en %).

b- Calculer le rendement mécanique ηM du moteur électrique (exprimé en %).

c- En déduire le rendement global ηsys du système électromécanique complet (exprimé en %).

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