systemes electroniques numeriques e12 - MS.LP

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL
SYSTEMES ELECTRONIQUES NUMERIQUES
OPTION ELECTRODOMESTIQUE
SOUS EPREUVE E12
TRAVAUX
PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈMES
ETUDE
DU FOUR ELECTRIQUE
Notes à l’attention du candidat :
Vous devez répondre directement sur les documents du sujet dans les espaces prévus ;
Vous devez rendre l’intégralité du sujet à l’issue de l’épreuve ;
La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l’appréciation de la copie.
L’usage de la calculatrice alphanumérique ou écran graphique est autorisé à condition que leur
fonctionnement soit autonome (circulaire n°99-186 de 1999).
Lycée Professionnel :
Nom du professeur :
Durée : 3 heures
Session 2008
Nom et Prénom de l’élève :
Note :
/ 20
INFORMATIONS ET POSITIONNEMENT DU PROBLÈME
A la suite d’une intervention sur un four électrique de marque ARISTON, le technicien vous demande de
contrôler certaines caractéristiques.
Vous allez devoir effectuer des mesures pour vérifier la concordance avec la documentation technique
fournie par le constructeur.
BUT DES MANIPULATIONS
1.
Effectuer l’étude de la lampe.
2.
Déterminer la puissance maximale de chauffe du four.
3.
Tracer la courbe de montée en température du four.
4.
Effectuer l’étude des caractéristiques du tourne broche.
PREMIÈRE
PARTIE
: Etude des caractéristiques de la lampe
Placer un multimètre, préalablement réglé en ohmmètre, entre les bornes B et C de la lampe.
1.
Relever la valeur de la résistance du filament de la lampe. Arrondir le résultat à l’unité.
R = ……………………………… Ω
Placer le sélecteur du four sur
.
Placer, entre les bornes A et B de la lampe, un multimètre préalablement réglé en ampèremètre.
Placer, entre les bornes B et C de la lampe, un multimètre préalablement réglé en voltmètre.
Brancher le câble d’alimentation du four et enclencher le disjoncteur.
2.
Relever la tension et l’intensité indiquées par les appareils de mesure :
U = ………………………….. V
I = …………….…………….. A
Couper le disjoncteur et débrancher le câble d’alimentation du four.
Débrancher les multimètres.
Placer un cordon entre les bornes A et B de la lampe puis un autre entre les bornes A et B du ventilateur.
3.
Calculer, arrondie à l’unité, la puissance de la lampe :
P = ………….………………….. W
4.
En appliquant la loi d’ohm, calculer, arrondie à l’unité, la valeur de la résistance du filament de la lampe :
R = ………….………………….. Ω
5.
Comparer le résultat avec celui obtenu à la question 1. Comment l’expliquez-vous ?
La température θ, en °C, du filament de la lampe est donnée par la formule :
θ=
6.
R − R0
R0 .α
R = résistance à chaud (Ω)
R0 : résistance à froid (Ω)
α : coefficient de température (Ω/°C)
Le filament de la lampe est en tungstène. En vous aidant des documents de l’annexe 1, déterminer son
coefficient de température :
α = …………………………… Ω/°C
7.
En vous aidant de la formule précédente, calculer la température du filament. Arrondir le résultat à
l’unité :
θ = ………………………………… °C
DEUXIÈME
8.
PARTIE
: Etude des caractéristiques des résistances
Régler un multimètre en ohmmètre.
Brancher le multimètre entre les bornes B et C de la «résistance haute».
Relever la valeur de la résistance. Arrondir le résultat au dixième :
Rhaute = ……………………………… Ω
9.
En appliquant la même procédure que précédemment, mesurer les valeurs des résistances basse et grill.
Arrondir les résultats au dixième :
Rbasse = ……………………………… Ω
10.
En admettant que la tension d’alimentation des résistances est U = 230 V, calculer, en utilisant la
U²
formule P =
, la puissance de chauffe de chaque résistance. Arrondir les résultats à l’unité :
R
Phaute = ………………………… W
Rgrill = ………………………………… Ω
Débrancher le multimètre.
Pbasse = ………………………… W
Pgrill = …………………………… W
11. En observant le sélecteur situé en haut à gauche au dessus de la porte du four, déterminer sur la position
sur laquelle la puissance est maximale. Entourer la bonne réponse :
12. En déduire la puissance maximale de chauffe du four :
P = ………….………………….. W
13. Rechercher, dans les documents annexes, la valeur donnée par le constructeur et comparer la au résultat
précédent :
TROISIÈME
PARTIE
: Etude de la montée en température du four
EN PRÉSENCE DES EXAMINATEURS
Placer la sonde de température dans le petit orifice situé à l’arrière du four et vérifier que celle-ci
ressort bien à l’intérieur du four sans toucher la résistance.
Placer le sélecteur de température sur 200 °C et sélectionner les résistances haute et basse
.
Brancher un ampèremètre entre les bornes A et B de la résistance haute puis un autre entre les bornes A
et B de la résistance basse.
Brancher le câble d’alimentation du four.
14. Mesurer la température initiale dans le four :
θ = ………………………………… °C
15. Enclencher le disjoncteur et déclencher au même instant le chronomètre. Relever alors les intensités qui
traversent chaque résistance :
Ibasse = ……………………………… A
Ihaute = ……………………………… A
16. Compléter le tableau suivant en arrondissant les valeurs au dixième :
t (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
θ (°C)
Ibasse(A)
0
17. En observant les variations de l’intensité dans la résistance basse, compléter le tableau suivant :
VRAI
La température fait augmenter la valeur de la résistance et donc celle de l’intensité
La température fait diminuer la valeur de la résistance et donc celle de l’intensité
Ce n’est pas la température qui fait varier le courant dans la résistance
FAUX
Lorsque la température de consigne est atteinte, le thermostat coupe les résistances (on entend un cliquetis)
puis il les enclenchent de nouveau lorsque la température du four baisse (second cliquetis) : il s’agit de la
phase de régulation.
18. Déterminer le temps durant lequel les résistances chauffent dans la phase de régulation :
trégulation = ……………………………… s
19. Tracer la courbe de montée en température du four :
θ (°C)
20
1
t (min)
L’énergie W, exprimée en wattheure (Wh), consommée pour atteindre la température de consigne est donnée
par la formule :
W=
R.I².t
3600
R = résistance (Ω)
I : intensité consommée (A)
t : temps (s)
20. Calculer, arrondie au wattheure, l’énergie consommée par chaque résistance pour atteindre la
température de consigne.
Résistance haute :
Résistance basse :
Whaute = ….……………….…… Wh
Wbasse = .…………..…………. Wh
21. En déduire l’énergie totale consommée pour la montée en puissance :
Wmontée = ….…………..……… Wh
22. Calculer, arrondie au wattheure, l’énergie consommée par chaque résistance pendant la phase de
régulation. En déduire l’énergie totale :
Résistance basse :
Résistance haute :
Whaute = ….………..…..……… Wh
Wbassee = .…………..…………. Wh
23. En déduire l’énergie totale consommée pour la régulation de température :
Wrégulation = ……………………… kWh
24. Comparer les valeurs trouvées avec celles données par le constructeur :
Couper le disjoncteur et débrancher les ampèremètres.
QUATRIÈME
PARTIE
: Etude du tourne-broche
Placer, entre les bornes B et C du tourne-broche, un multimètre préalablement réglé en ohmmètre.
25. Relever la valeur de la résistance du tourne-broche. Arrondir le résultat à l’unité.
R = ………….………………….. Ω
Placer un cordon entre les bornes A et B du grill.
Placer, entre les bornes A et B du tourne-broche, un multimètre préalablement réglé en ampèremètre.
Placer, entre les bornes B et C du tourne-broche, un multimètre préalablement réglé en voltmètre.
Régler le sélecteur sur
.
Brancher le câble d’alimentation du four et enclencher le disjoncteur.
26. Relever la tension et l’intensité indiquées par les appareils de mesure :
U = ……….….…………….. V
I = ……………………… mA
Couper le disjoncteur et débrancher le câble d’alimentation du four.
27. En appliquant la formule Z =
U
, calculer l’impédance du moteur du tourne-broche. Arrondir le résultat à
I
l’unité :
Z = ………….………………… Ω
28. En appliquant la formule cos ϕ =
R
, calculer le facteur de puissance du moteur du tourne-broche.
Z
Arrondir le résultat au centième :
Cos φ = ………………………
29. En appliquant la formule P = U.I.cos φ, calculer la puissance absorbée par le tourne-broche :
P = ………………………… W
ANNEXE 1
Coefficient de température de différents matériaux :
Elément
Coefficient de température (Ω/°C)
Nickel
Acier
Molybdène
Tungstène
Aluminium
Cuivre
Argent
Platine
Or
Zinc
0,005866
0,005671
0,004579
0,004403
0,004308
0,004041
0,003819
0,003729
0,003715
0,003847
Caractéristiques constructeur
0,2
0,04
SOUS ÉPREUVE E1-2
TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUE SUR SYSTÈMES
Coefficient 2
-
Durée 3H
LE CANDIDAT
CHAMP PROFESSIONNEL
NOM ET PRÉNOM :
:
ELECTRODOMESTIQUE
DATE DU DÉROULEMENT DE L’ÉPREUVE
:
Choisir les appareils de mesurage nécessaires et justifier ce choix. Définir et mettre en œuvre un
protocole expérimental. Interpréter et exploiter les résultats expérimentaux- phénomènes(s)
physique(s) ou chimique(s). Rendre compte par écrit des résultats des travaux réalisés.
Le candidat devra effectuer le travail en totale autonomie.
SUPPORT DE L’ÉVALUATION (système, type d’équipement)
THÈMES SCIENTIFIQUES ABORDÉS
:
Four électrique de marque :
Electricité, transducteur, thermodynamique
:
Notice constructeur du four.
Tableau des coefficients de température de certains métaux
DOCUMENTS TECHNIQUES À UTILISER
OBSERVATIONS
:
NOTE
NOMS ET SIGNATURES DES CORRECTEURS
:
: ………………… /20
(arrondie au demi point supérieur)
Compétence
évaluée
Composantes de la
compétence
Tâches accomplies
Questions
Repérage de l’implantation des appareils de mesure
C3-4 : Effectuer les tests nécessaires à la validation du
fonctionnement des équipements
Recueillir des
informations
Organiser le poste
de travail
(multimètre, sonde de température)
Q1
Repérage des informations sur la documentation
technique annexe 1, sur tableau coefficients annexe 1.
Q6
Q13
Préparation du matériel pour l’observation et/ou les
mesurages.
Q14
Q18
Q25
Choix des matériels de mesurage – Justification.
Rangement du matériel à la fin du TP.
Critères de réussite
Repérages corrects.
Barèmes
0,5
0,5
0,5
Mise en œuvre correcte
de chaque appareil.
Choix
correct
pour
chaque appareil.
0,5
0,5
0,5
Remise en état correct
0,5
Montage de chaque
partie correcte.
0,5 – 0,5
0,5
Réalisation du montage :
Q2 –Q8
Q26
raccorder tous les composants de l’expérimentation.
raccorder tous les équipements à l’énergie et les
paramétrer.
Définir et mettre en
œuvre un protocole
expérimental
Réalisation des mesurages conformément
protocole expérimental et aux règles de sécurité.
Exploiter et
interpréter les
résultats
expérimentaux
(mesures et
observations)
Rendre compte à
l’écrit et/ou à l’oral
des résultats des
travaux réalisés
au
Relever les grandeurs : R, U, I, θ, t.
Q2 -Q8
Q9-Q14-Q15
Q16-Q25-Q26
Mesures correctes.
0,5 + 0,5-0,5
0,5 – 0,5-0,5
1,5-0,5-0,5
Résultats corrects.
1 – 1 -0,5
1 -0,5-1
0,5-1-0,5
1-0,5-0,5
Calculer : P, R, α, θ, W, Z, cosφ.
Q3 – Q4 Q7
Q10-Q12-Q20
Q21-Q22-Q23
Q27-Q28-Q29
Interprétation des résultats de l’observation.
Q11-Q17-Q24
1-0,5-1
Réalisation et/ou exploitation d’un graphique.
Q19
1
Résolution de la problématique : comparer
grandeurs calculées et les grandeurs mesurées.
les
Q5
Justification
phrase.
par
une
Expliciter en utilisant un langage scientifique et
technique adapté.
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Commentaires à l’oral ou oral des résultats obtenus et
des contrôles effectués.
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Rédaction écrite du compte rendu du TP.
Soin
1,5
0,5
Evaluation
de la
situation