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Sujets et Corrigés d’Oral Blanc de Sciences Physiques et Physique Appliquée STI

Sujets et Corrigés d’Oral Blanc de Sciences Physiques et Physique Appliquée STI Génie Civil Réalisés par Emmanuel HOURDEQUIN Professeur de Physique au lycée Livet de Nantes à partir de sujets du baccalauréat STI GC Avant-propos : A l’entrée dans la salle d’examen, le candidat tire au sort un sujet du type de ceux de ce recueil. Il dispose alors de 20 minutes de préparation pour répondre aux questions à l’écrit, sur des feuilles de brouillon qu’on lui fournira et fera tous les calculs numériques. Il aura ensuite 20 minutes pour présenter oralement ses travaux à l’examinateur et devra répondre aux questions qui lui seront posées. Les questions posées par l’examinateur sont destinées à aider le candidat qui aurait quelque difficulté à résoudre les exercices. Elles sont aussi destinées à vérifier la bonne compréhension du fonctionnement des différents systèmes électriques et électro-mécaniques étudiés en terminale STI GC. Si le candidat réussit à répondre à toutes les questions à l’écrit et qu’il donne les bons résultats numériques avec les unités et le bon nombre de chiffres significatifs, il est assuré d’obtenir au moins 12 (coefficient 5). Une bonne préparation à la partie écrite de l’épreuve orale est donc indispensable. Ce recueil constitue également une bonne préparation à l’épreuve écrite car on y trouve l’ensemble des compétences exigibles à la sortie de la terminale STI GC. Je vous souhaite bon courage pour vos révisions. Contact internet : http://emmanuel.hourdequin.free.fr/ -2- ORAL BLANC DE PHYSIQUE STI GC : SUJET N°1 Exercice 1 Un atelier est alimenté par une ligne triphasée 220V/380V - 50 Hz. Cette ligne comporte quatre fils : trois fils de phase et le fil de neutre. Cet atelier comprend : - 24 lampes 220V - 100 W groupées en phases équilibrées. - Un chauffage électrique triphasé de puissance 5,0 kW, constitué de trois éléments chauffants de résistance identique, couplés en triangle. - Un moteur asynchrone triphasé M, de puissance utile 6,0 kW, de rendement 75%, de facteur de puissance 0,80. 1) Comment branche-t-on les lampes ? 2) Dessinez un schéma de l'installation électrique de l'atelier. 3) Calculez la valeur efficace de l'intensité du courant dans un fil de ligne lorsque le chauffage fonctionne seul. Quelle est l'intensité passant dans chaque résistance ? Quelles sont les valeurs des résistances ? 4) Quelle est la puissance électrique absorbée par le moteur. Calculez la valeur efficace de l'intensité du courant dans un fil de ligne lorsque le moteur M fonctionne seul. 5) Calculez la valeur efficace de l'intensité du courant dans un fil de ligne lorsque toutes les ampoules fonctionnent seules. Quelle est l'intensité passant dans chaque ampoule ? 6) Énoncez le théorème de Boucherot. 7) Lorsque tous les appareils fonctionnent simultanément dans l'atelier, calculez les puissances totales actives, réactives et apparentes consommées par l'atelier. Calculez la valeur efficace de l'intensité du courant dans un fil de ligne dans ce cas. 8) Comment brancher un wattmètre pour mesurer la puissance active P consommée par l'installation ? Faites un dessin. Quelle valeur indiquera-t-il ? 9) Calculez le facteur de puissance de l'installation. 10) Ce facteur de puissance est-il satisfaisant ? Expliquez et donnez la nature et le mode de branchement des composants qu'il faudrait ajouter dans le cas contraire. Dans quel but faut-il avoir un facteur de puissance suffisant ? Exercice 2 : 1) pH = 1. Calculez la concentration [H3O+] en ions hydronium et la concentration [OH-] en ions hydroxyde de cette solution sachant que le produit ionique de l’eau vaut Ke=10-14. Cette solution est-elle acide ou basique ? 2) pH = 12. Calculez la concentration [H3O+] en ions hydronium et la concentration [OH-] en ions hydroxyde de cette solution sachant que le produit ionique de l’eau vaut Ke=10-14. Cette solution est-elle acide ou basique ? -3- -4- ORAL BLANC DE PHYSIQUE STI GC : SUJET N°2 Exercice 1 : Une machine d'extraction est entraînée par un moteur à courant continu à excitation séparée. L'inducteur est alimenté par une tension Ue = 600 V et parcouru par un courant d'excitation Ie = 30 A. L'induit de résistance R=1,2.10-2 Ω est alimenté par une source fournissant une tension réglable entre 0 et 800V. - Un essai en charge a donné les résultats suivants pour l'induit : U = 600V, I = 1500 A, n = 30 tr/min. - Un essai à vide pour la même tension a donné : U = 600V, IV = 41,7 A. 1. Dessinez le modèle équivalent de l'induit de ce moteur en indiquant les différents paramètres fléchés si nécessaire. 2. Pour l'essai en charge : 2.1. Calculez la force électromotrice de ce moteur. 2.2. Montrez que les pertes par effet joule dans l'induit sont de 2,7.104 W. 2.3. Montrez que les pertes constantes sont de 2,5.104 W. 2.4. Calculez la puissance totale Pa absorbée par l'inducteur et l'induit. 2.5. Calculez la puissance absorbée par l'induit du moteur. 2.6. Montrez que la puissance utile de ce moteur est de 8,48.105 W. 2.7. Calculez le rendement de ce moteur. 2.8. Comment mesurer la puissance absorbée par l'induit ? Faites un schéma des branchements. 2.9. Calculez la puissance électromagnétique de l'induit. 2.10. Calculez le moment du couple utile de ce moteur. 3. Si Ue = 600 V, Ie = 30 A et U = 600 V, la caractéristique mécanique du moteur est donnée ci-dessous . Ce moteur est couplé à une charge dont le moment du couple résistant est constant quelle que soit la vitesse de rotation et a pour valeur Tr = 1,5.105 N.m. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 30 30.2 30.4 30.6 30.8 31 N.m n en tr/min CARACTÉRISTIQUE MÉCANIQUE DU MOTEUR 05 ) 3.1. Quelle est la relation existant entre Tu et Tr lorsque la vitesse du moteur est constante ? 3.2. Déterminez graphiquement à quelle vitesse n' tournera le moteur lorsqu'il entraînera la charge ? inducteur induit STATOR ROTOR 27000 W 25000 W 848000 W ? Pa Pu Pc P P JS JR Pai ? Exercice 2 : Une lentille convergente dont la distance focale image est f' = 30 cm donne un faisceau de rayons émergents parallèles à l'axe optique. Dessinez à l'échelle 1/10 : - L'axe optique, la lentille, le centre optique, le foyer objet, le foyer image, - Le faisceau de rayons incidents et le faisceau de rayons émergents. -5- -6- ORAL BLANC DE PHYSIQUE STI GC : SUJET N°3 Exercice 1 : Une grue élève une charge de 450 kg sur une hauteur de 6 m en 25 s. On prendra g = 10 N.kg-1. 1) Le travail du poids r P de la charge est-il moteur ou résistant ? Quel est son signe ? 2) Calculez le travail du poids r P de la charge lors de sa montée. 3) Le travail de la force motrice r F de la grue est-il moteur ou résistant ? Quel est son signe ? 4) Calculez le travail de la force motrice r F lors de la montée de la charge. 5) Quel est la puissance moyenne développée par le moteur de la grue ? 6) Si ce moteur a un rendement de 72%, quelle est la puissance électrique qu'il absorbe ? Exercice 2 : Une grue est entraînée par un moteur à courant continu à excitation séparée. L'inducteur est alimenté par une tension Ue = 100 V et parcouru par un courant d'excitation Ie = 1 A. L'induit de résistance R = 1 Ω est alimenté par une source fournissant une tension réglable entre 0 et 800 V. - Un essai en charge a donné les résultats suivants pour l'induit : U = 100 V, I = 14 A, n = 300 tr/min. - Un essai à vide pour la même tension a donné : U = 100 V, IV = 1,26 A. 1. Dessinez le modèle équivalent de l'induit de ce moteur en indiquant les différents paramètres fléchés si nécessaire. 2. Pour l'essai en charge : 2.1. Calculez la force électromotrice de ce moteur. 2.2. Montrez que les pertes par effet joule dans l'induit sont de 196 W. 2.3. Montrez que les pertes constantes sont de 124 W. 2.4. Calculez la puissance totale Pa absorbée par l'inducteur et l'induit. 2.5. Calculez la puissance Pai absorbée par l'induit du moteur. 2.6. Montrez que la puissance utile de ce moteur est de 1080 W. 2.7. Calculez le rendement de ce moteur. 2.8. Comment mesurer cette puissance ? Dessinez un schéma des branchements à réaliser. 2.9. Calculez la puissance électromagnétique de l'induit. 2.10. Calculez le moment du couple utile de ce moteur. inducteur induit STATOR ROTOR 196 W 124 W 1080 W Pa Pu Pc P P JS JR ? Pa i ? -7- -8- ORAL BLANC DE PHYSIQUE STI GC : SUJET N°4 Un moteur asynchrone triphasé 220 V - 380 V, 50 Hz à 8 pôles est essayé à vide puis en fonctionnement nominal. Les valeurs suivantes sont relevées : - le moteur asynchrone est alimenté par un réseau 220V/380V, 50 Hz ; - à vide : intensité en ligne I0 = 10 A, puissance uploads/s3/ oral-blanc-pdf.pdf