Samedi 27 juin 2009
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Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
Les élèves du Lycée Sainte Croix St Euverte de section Génie Mécanique qui désireraient préparer un éventuel oral de Physique Appliquée doivent me contacter
rapidement pour que j'organise une séance de travail.
Vous pouvez aussi me contacter par mon face book
ou sur mon imel: jmbprofessionnel@free.fr
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Mercredi 24 juin 2009
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12:47
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Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
voici en ligne le sujet et ma correction
ici:
sujet et correction Physique
Appliquée Génie Mécanique 2009
remarque: une erreur de transcrition de ma part figure en partie 3: il faut lire rendement = 0,8 et non 0,9 ( bien sûr 4/5 = 0,8)
je réediterai le document pdf prochainement pour corriger cette erreur...merci à Fabien T. qui me l'a signalé.
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Samedi 20 juin 2009
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15:53
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Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
1) un moteur CC de rendement 0,81 absorbe une puissance de 158W.
Calculer le moment de son couple utile à 15 tour/s
Correction: Pu = 0,81x158=128W Tu= Pu / 2piN Tu = 1,36Nm
2) un panneau solaire absorbe une puissance lumineuse moyenne ( journée moyennement nuageuse) E = 900W/m2 .
Sa surface sensible est d'aire A= 12 m2 et son rendement électrique après stockage est de 18%.
Calculer l'énergie stockée sous forme électrique W en 1 journée d'ensoleillement constant et de durée 10h
correction: Pu=12x900x0,18= 1944W W = Pu.t = 1944x10= 19 440 Wh= 19440x3600 = 70 MJ
3) un moteur à courant alternatif 50Hz 230V monophasé fournit un couple de moment utile Tu = 15 Nm à 2900 tours/min
Son rendement approche les 80% et son facteur de puissance vaut 0,92.
Calculer l'intensité I alimentant ce moteur en régime nominal.
correction: Pu = Tu.pi.n/30 Pa= Pu/r = UIcosf d'où I = Pu/ rUcosf AN: Pu = 4555,3W I = 23,4A
4) un alternateur fournit une tension de 230V et un courant de 10A à une charge de facteur de puissance 0,75.
Le réactance de l'alternateur vaut X = 5 Ohm
Calculer la fem d'une phase de cet alternateur.
(diagramme de Behn Eschenburg)
réponse: on trouvera E = 260V par construction graphique
5) un moteur triphasé fournit à 1420 tour/min une puissance utile de 500W sous 50Hz et 400V de tension composée.
son facteur de puissance vaut 0,87 au régime nominal et son rendement est estimé à 0,79.
Calculer la puissance électrique absorbée Pa et l'intensité absorbée par phase.
réponse: appliquant Boucherot triphasé Pa = UIrac(3)cosf on trouvera I = 0,95A (la connaissance de n est sans utilité ici).
6) une installation électrique consomme 4560W et 2874 VAR
calculer sa puissance apparente S et son facteur de puissance.
correction: S2 = P2 + Q2 donne S = 5390 VA cosf = P/S donne cosf = 0,846
7) dans une réaction chimique d'oxydo réduction, quel est le composé qui fournit des électrons à l'autre?
compléter les deux réactions: Cu + Zn2+ --> ?
Cu2+ + Zn --> ?
on précise que le cuivre est plus oxydant que le zinc.
seule réaction possible: Cu2+ +
Zn --> Cu + Zn2+
au cours de cette réaction l'ion cuivre arrache 2 électrons à l'atome de zinc
8) une batterie de capacité de charge Q = 45 Ah et de tension nominale U=12V est complètement déchargée en 5h.
Calculer l'intensité moyenne <i> du courant de décharge et la puissance électrique fournie P par la batterie au cours de cette opération.
correction: <i> = Q / t soit <i> = 9A P = U<i> donne P = 108W
9) calculer l'intensité I du courant absorbée par une batterie de condensateurs de capacité C = 1 mF mise sous tension 230V et de fréquence 50 Hz.
correction: Z = 1/Cw et U = ZI donne I = CwU soit AN: I = 0,001x2.pi.50.230 = 72,2 A
10) un enroulement moteur triphasé a pour inductance 120 mH et pour résistance interne 2 ohm par phase
calculer la tension à ses bornes quand le moteur absorbe en montage D une intensité de ligne I = 18 A
correction: Z2 = r2 + (Lw)2 donne sous 50 Hz:
Z = 37,7 ohm
U = ZJ
avec J = I/rac(3)
donne: U = 37,7 x 18 /rac(3) = 392 V
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Samedi 13 juin 2009
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09:02
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Par jean marie bourven
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Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
Rappel:
le photon est une particule d'énergie lumineuse E liée à la fréquence f du rayonnement par la formule de Planck: E = h.f avec h = 6.62 10-34J.s
la longueur d'onde L et la fréquence d'un rayonnement lumineux f sont reliées par la formule:
L = c / f avec c = célérité
de la lumière en m.s-1
Exercice 1:
un panneau photovoltaïque de rendement r = 0,08 et de surface S = 15 m² est éclairé par une lumière de longueur d'onde moyenne 550 nm ( 1 nanomètre = 10-9m)
la puissance solaire reçue face au soleil est d'environ 1300W/m²
1) calculer la fréquence f et l'énergie E d'un photon
milieu de propagation des rayons: air c = 3 108 m.s-1
rép: deux formules à employer L = c / f et E = hf qui donnent E = hc/L
A.N.: E = 6.62 exp(-34).3 exp8 / 550 exp(-9) = 3,61
exp (-19) J
2) calculer le nombre moyen de photons parvenant sur 1 m² de panneau placé face au soleil
rép: la question n'a de sens que si l'on fait le calcul sur une durée déterminée
le mieux, c'est en ligne directe avec la donnée du texte, c'est de choisir cette durée à 1 s
de la puissance P= W /t on déduit qu'au cours d'une durée t = 1s le panneau reçoit l'énergie W = 1300 J ...
le nombre N de photons reçus vaut simplement: N = W / E
A.N.: N = 1300 / 3,61 exp(-19) = 3,6 exp 21 photons /s
ramené en moles ce nombre deviendrait:
N' = N /(6,02 exp23)* = 6 exp(-3) *: nombre d'Avogadro des chimistes
ou encore N' = 6 mmol/s ( millimoles/seconde)
3) calculer la puissance électrique Pu du panneau.
la puissance électrique Pu est la puissance utile du panneau
celui fait 15 m² de surface, il reçoit donc Pa = 15x1300 = 19 500W = 19,5 kW
son rendement est seulement de 0,08, donc sa puissance utile devient:
Pu = 0.08x19,5 = 1,56 kW **
**: cette correction donnée, les lecteurs désirant poursuivra par l'exercice 2 utiliseront ce résultat numérique
Exercice 2
Le même panneau solaire est utilisé pour la chaîne de conversion photo-électrique ci-dessus.
Il délivre en pleine exposition solaire un courant de charge d'intensité I = 4A
L'accumulateur, de capacité de charge maximale Q = 50 Ah, stocke l'énergie électrique produite par le panneau.
L'onduleur la restitue sous forme de tension alternative u(t) = 325cos(314t)
Le rendement de l'accu est voisin de 95% et celui de l'onduleur de 98 %
1) calculer la durée Dt nécessaire à une mise en charge totale de l'accu initialement vide
la loi de charge d'un accu est Q= I.Dt avec I en A Dt en h et Q en A.h
il suffit d'écrire Dt = Q/I pour trouver Dt= 50/4=12,5h = 45 exp3 s
2) que vaut la quantité d'énergie solaire nécessaire pour effectuer cette mise en charge?
pendant la durée Dt, si on imagine l'ensoleillement constant (hypothèse d'école assez irréaliste) l'énergie solaire reçue vaudra: W = P.Dt
A.N.: avec P calculée au 3) de l'exercice 1 c'est à dire P = 19,5 kW on trouvera
W = 19,5 exp(3)x 45 exp3 = 8.78 exp 8 J
3) en déduire l'énergie utile Eu1 puis la puissance utile Pu1 reçue par l'accu
rappel: le rendement du panneau est de 8%
on a Eu1 = r1.W A.N.: Eu1 = 0.08x8.78 exp 8 = 7 exp7J
de même Pu1 = Eu1 /Dt donne Pu1= 7
exp7/ (45exp3) = 1560W
résultat qui confirme celui trouvé au 3) de l'exercice1
4) calculer la tension U de mise en charge de l'accu ( constitué de 16 éléments en série supportant 25V de tension de charge maximale chacun )
Le panneau délivre I = 4A d'où U = Pu1 / I A.N.:
U = 390 V
qui donne en tenant compte de la loi des tensions
sur une association série:
U = somme (u) = 16 u
u = 390/16 = 24,4V par élément, ce qui est tout à fait sous la limite imposée
L'accu est déchargé à 50% de sa capacité maximale par la mise en service de l'onduleur alimentant une charge utile. La décharge de l'accu s'effectue en 6h .
5) calculer l'énergie utile Eu2 fournie à l'onduleur par l'accu, et l'énergie utile Eu fournie par l'onduleur à sa charge utile.
en déchargeant l'accu de 50% de sa charge, on utilise l'énergie E'u2 égale à 50% de son
énergie utile totale Eu2
tenant compte du rendement de l'accu on a la relation Eu2 = 0,95.Eu1
ainsi E'u2 = 0,5x0.95xEu1 qui donne A.N.: E'u2 = 0,5x0.95x7exp7 = 3.32 exp 7
J
Tenant compte de son rendement 0,98 l'onduleur fournit donc à la charge l'énergie électrique Eu = 0,98x3.32 exp 7 = 3.26 exp7J
6) calculer la puissance moyenne fournie par l'onduleur
dans cet exercice, si on consulte le schéma fourni, on notera que la puissance électrique fournie par le panneau et notée Pu1 correspond au Pu de
l'exercice précédent: ici, par contre, Pu est la puissance utile de l'onduleur.
reprenant la chaîne des rendements en puissance on écrit:
Pu = r2.r.Pu1 avec r2= rendement de l'accu
r = rendement de l'onduleur
A.N.: Pu = 0,95x0,98x1560 = 1452W
La charge utile de l'onduleur est un dipôle d'impédance Z = 28 ohm et de facteur de puissance cos fi = 0,8
7) calculer la valeur efficace de l'intensité Iu du courant fournie par l'onduleur à la charge utile.
il suffit d'appliquer la loi de puissance active aux bornes d'un dipôle en régime harmonique:
Pu = Uu.Iu.cos fi qui donne Iu = Pu / ( Uu.cosfi )
u(t) = 325cos(314t) d'où la valeur de tension efficace:
Uu = Ûu / rac(2) = 325/ rac(2) = 230V
calcul numérique de Iu: Iu = 1452 / (230 x 0,8) = 7,9A
vérification par la loi d'Ohm: Iu = Uu
/ Z = 230/28 = 8,2 A au lieu de 7,9 différence due aux approximations successives de tous les résultats précédents
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Samedi 13 juin 2009
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08:50
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Par jean marie bourven
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Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
cet article est destiné aux élèves de terminale STI qui ne pourront se déplacer lundi 15 Juin pour les deux dernières du cours de
sciences physiques...
il traite du chapitre de Chimie de ce programme: l'oxydo-réduction
afin de comprendre les éléments succincts de cette notion
présentons une première expérience (simple):
disposons des quatre corps chimiques suivants:
- une plaque de zinc ( métal gris) et une fiole de sulfate de zinc (en solution dans l'eau
- une plaque de cuivre et une fiole de sulfate de cuivre en solution dans l'eau ( couleur turquoize)
disposons le cuivre dans le sulfate de zinc et le zinc dans le sulfate de cuivre
dans le bécher contenant le cuivre: aucune réaction visible
dans le bécher contenant le zinc il se produit une réaction lente mais visible à la surface de ce dernier
sortant de la solution la plaque de zinc et l'examinant on observe:
la plaque de Zinc est visiblement "rongée" et recouverte d'un dépot noir aux reflets rouges:
il s'agit
d'un dépot de cuivre
on dit que le zinc a été oxydé par le cuivre présent dans la solution de sulfate de cuivre
et que le cuivre a été réduit par le zinc
l'ensemble de ces deux actions réciproques est une oxydo-réduction où
le zinc est le réducteur du cuivre et le cuivre est l'oxydant du zinc
le fait que le cuivre n'est pas oxydé par le zinc ( premier bécher ) montre de plus qu'il y a une hierarchie du pouvoir oxydant à savoir:
le cuivre est plus oxydant que le zinc
mais quelle est l'intime mécanisme de cette réaction?
voilà la question interessante...
procédons maintenant à une seconde expérience (plus élaborée):
avec les éléments suivants:
construisons une "pile" électrochimique:
- en immergeant du cuivre dans du sulfate de cuivre ( première demi-pile)
- en immergeant du zinc dans du sulfate de zinc ( seconde demi-pile)
puis réunissons ces demi-piles par un conducteur de cuivre immergé à chaque bout dans les deux solutions
enfin disposons avec des pinces "croco" un voltmètre électronique ( de forte impédance d'entrée )
aux bornes métalliques de ces deux demi-piles...
il apparaît immédiatement une tension de 1,04 V entre le Cuivre et le Zinc...
on dit que les couples
(métal,ion)...
(Cu2+,Cu) et (Zn2+,Zn) présentent entre eux un potentiel de pile de 1,04V
interprétons cette expérience:
le cuivre est anode ( potentiel positif comme le montre le branchement du voltmètre )
le zinc est cathode ( potentiel négatif relié au commun du voltmètre)
donc, un transfert d'électrons
s'effectue du zinc (négatif donc donneurs d'électrons e-)
vers le cuivre qui les attire (positif donc accepteurs d'électrons)
Conclusion:
une réaction d'oxydo-réduction est une "bagarre électro-chimique" entre deux métaux au cours de laquelle
un oxydant prélève des
électrons à un réducteur
ici
Cu
ici Zn
l'oxydation du réducteur est donc une perte d'électrons
la réduction de l'oxydant est un gain d'électrons
on traduit cet échange en langage chimique par deux demi-équations bilan:
oxydation Zn --> Zn2+ + 2e-
réduction Cu2+ + 2 e- --> Cu
quant au pouvoir oxydant PO prédominant du cuivre sur
le zinc
on le traduit
par l'échelle des potentiels
Zn
Cu PO
----------------*------------------------------------*------------------->
------------------------------------->
1, 07 V
remarques:
- l'origine de cette échelle est donnée par la demi-pile à hydrogène ( H+,H2) non étudiée dans le cadre de ce cours
- la valeur de 1,07V est la valeur exacte mesurée dans des conditions expérimentales moins sommaires que celles du lycée
applications:
il est parfois nécessaire de protéger les métaux exposés à l'oxydation par des agents atmosphériques ou des solutions salines...par exemple les coques métalliques des navires, les canalisations
enterrées, ou encore les chauffe-eaux reliés à des canalisations de cuivre
il existe deux modes de protection:
1) la protection dite à électrode soluble ( en zinc ou en magnésium) qui s'oxyde à la place du métal à protéger en contact avec elle: fer galvanisé avec du zinc (clôtures, matériels
agricoles,...), boulons de zinc solubles sur les coques de bateaux et les parties immergées du mécanisme d'hélice...
2) la protection par liaison avec un générateur de tension alimentant en électrons le métal à protéger en les capturant à une électrode de zinc, par exemple la protection des
canalisations en fonte placées en terre humide
cette électrode est dite "anode sacrificielle" car au bout du processus, c'est elle qui disparaît complètement par oxydation ( c'est pourquoi il faut la remplacer àintervelle régulier)
renvoi à d'autres sites: ici là mais si déjà vous savez tout ce que j'ai écris plus haut c'est déjà pas mal pour préparer
votre épreuve de sciences physiques du Bac STI méca
bon week end à tous ... jean marie bourven
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