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1 École de technologie supérieure Session : Automne 2009 PHY-332-01 Électricité

1 École de technologie supérieure Session : Automne 2009 PHY-332-01 Électricité et magnétisme Enseignant : Marc Boulé Devoir Q.1) 10 points Vous devez concevoir un condensateur pour livrer une courte décharge de 1 µJ d’énergie à un flash électronique. Vous avez à votre disposition deux languettes rectangulaires métalliques, ainsi qu’une languette en mica de 0.01 mm d’épaisseur. Les languettes ont tous une largeur de 3 cm, et seront coupées à une longueur L. Votre condensateur sera chargé avec quatre piles AAA de 1.5 volts chaque, reliés en série. a) Quelle doit être la capacité C du condensateur? b) Quelle doit être la longueur L des languettes servant à fabriquer le condensateur? c) Vrai ou faux : si le mica est remplacé par du papier, la longueur requise L augmente d’un facteur 7 . 3 6 ? Justifiez votre réponse. Q.2) 10 points Un contrôle résistif de luminosité est construit tel qu’indiqué dans la figure ci-bas. L’interrupteur est utilisé pour offrir trois réglages de puissance dans l’ampoule, qui est modélisée comme une résistance RA de 10 Ω. En utilisant seulement des résistances R de 10 Ω, déterminez la configuration de résistances à l’intérieur de la boite noire, afin que les réglages L, M et H offrent respectivement 40, 90 et 160 Watts d’illumination dans l’ampoule. Indice : maximum 5 résistances R; Solution optimale : 4 résistances R. 60 V L M H Ampoule RA = 10 Ω Boite noire Mica L 3 cm 0.01 mm ∆V 2 Q.3) 10 points Vous devez remplacer un élément chauffant défectueux dans un four fonctionnant sous une différence de potentiel ∆V = 100 V (en continu). Pour confectionner le nouvel élément, vous disposez d’un long fil en carbone que vous allez configurer en cadre carré. Le fil de carbone a un diamètre de 5 mm. Cet élément résistif sert à dissiper de l’énergie sous forme calorifique afin de chauffer les aliments. Supposez que toute l’énergie électrique est irradiée sous forme de chaleur. La puissance du four est de 2 kW et la température d’opération est de 180 °C. a) Quelle doit être la résistance R de l’élément chauffant? b) Quelle est la longueur L des côtés de l’élément résistif? c) Si un mètre cube de carbone contient 1025 électrons libres, combien de temps met un électron à faire le tour du cadre? Q.4) 10 points Dans le circuit suivant, les composantes ont les valeurs: R1 = 2 Ω, R2 = 3 Ω, C = 50 µF, ε = 20 V. L’interrupteur est basculé de gauche à droite à l’instant t = 0 s. C R1 R2 ε R2 R1 a) Calculez la résistance équivalente pour la décharge du condensateur. b) Que vaut la constante de temps τ? c) Que vaut la charge du condensateur après 2.5τ? d) Combien de temps met le condensateur pour passer de 80% à 20% de sa tension initiale? ∆V L L uploads/s3/ devoir - 2022-12-27T124758.784.pdf