Rappels du 2e degré : électricité, travail, énergie et puissance : physique 5e secondaire

La tension se mesure en volts aux bornes d'un dipôle, l'intensité en ampères dans une branche. La loi d'Ohm relie la tension et l'intensité d'un conducteur ohmique. En série, l'intensité est la même partout ; en parallèle, c'est la tension.

Prérequis du 2e degré (UAA1 Électricité en 3e, UAA3 Travail, énergie, puissance en 4e), pas une UAA du 3e degré.

Circuits électriques et loi d'Ohm

À connaître

• loi d'Ohm : $U = R \cdot I$
• résistances en série : $R_\text{éq} = R_1 + R_2$ ; en parallèle : $\frac{1}{R_\text{éq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$
• puissance électrique : $P = U \cdot I$ ; énergie : $E = P \cdot \Delta t$
• $1\ \mathrm{kWh} = 3{,}6 \cdot 10^{6}\ \mathrm{J}$

Méthodes

• Appliquer la loi d'Ohm. On isole la grandeur cherchée et on garde les unités du SI : volt, ohm, ampère.
• Série et parallèle. En série, les tensions s'additionnent ; en parallèle, les intensités s'additionnent.
• Puissance et énergie électriques. La puissance est le produit de la tension et de l'intensité ; l'énergie est la puissance multipliée par la durée.

Exercices types

• Une résistance de 220 Ω est parcourue par un courant de 50 mA. Quelle est la tension à ses bornes ?
• Deux résistances de 30 Ω et de 60 Ω sont montées en parallèle sous 12 V. Calcule la résistance équivalente et l'intensité totale.
• Un radiateur de 2000 W fonctionne 3 h par jour pendant 30 jours. Calcule l'énergie consommée en kWh et son coût à 0,35 € le kWh.

Travail, énergie et puissance

Une force travaille quand son point d'application se déplace. L'énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse, l'énergie potentielle de pesanteur de la hauteur. Sans frottement, l'énergie mécanique se conserve ; la puissance est l'énergie transférée par seconde.

À connaître

• travail d'une force constante : $W = F \cdot d \cdot \cos\alpha$
• énergie cinétique : $E_c = \frac{1}{2} m v^2$ ; énergie potentielle de pesanteur : $E_p = m g h$
• sans frottement : $E_c + E_p = \text{constante}$
• puissance : $P = \frac{W}{\Delta t}$, en $\mathrm{W}$

Méthodes

• Travail d'une force. Force fois déplacement fois cosinus de l'angle entre eux ; nul si la force est perpendiculaire au déplacement.
• Énergies cinétique et potentielle. L'énergie cinétique croît avec le carré de la vitesse, l'énergie potentielle avec la hauteur.
• Conservation de l'énergie mécanique. Sans frottement, ce que l'objet perd en énergie potentielle, il le gagne en énergie cinétique.
• Puissance. La puissance est l'énergie transférée divisée par la durée, en watts.

Exercices types

• On tire une caisse sur 5,0 m avec une force de 200 N inclinée de 30° par rapport au sol. Calcule le travail de cette force.
• Une bille de 50 g est lâchée d'une hauteur de 1,8 m. Sans frottement, quelle est sa vitesse en arrivant au sol ?
• Une grue soulève une charge de 500 kg de 12 m en 20 s. Calcule la puissance utile.

Autres chapitres de 5e

• Forces et mouvements
• Électromagnétisme (partie I)
• Oscillations et ondes

Les chapitres de 6e secondaire