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Technologie 3ᵉ

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La chaîne d'énergie

Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, sources et formes d'énergie, convertisseurs (moteur, résistance, LED…), rendement, puissance et énergie consommée, schéma de la chaîne d'énergie d'un système

À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « La chaîne d'énergie » en troisième permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en technologie. Ils suivent le programme officiel de troisième et se résolvent étape par étape. Au programme : La chaîne d'énergie : quatre fonctions, Sources et formes d'énergie, Alimenter : fournir et stocker l'énergie, Distribuer : autoriser ou doser l'énergie. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en technologie en troisième.

Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.

Facile
Pb. 1 — Le ventilateur USBUn petit ventilateur de bureau se branche sur le port USB d'un ordinateur, qui fournit 5 V. Un interrupteur à glissière permet de l'allumer ou de l'éteindre. L'hélice est fixée directement sur l'axe du moteur. En fonctionnement, le ventilateur absorbe 0,5 A.
Quel élément assure la fonction « Alimenter » ?
Quel élément assure la fonction « Distribuer » ?
Puissance absorbée par le ventilateur : W
Énergie consommée pendant une journée de travail de 8 h : Wh
Il n'y a ni engrenage ni courroie. Que peut-on dire de la fonction « Transmettre » dans ce ventilateur ?
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  1. le port USB — L'ordinateur, par son port USB, fournit l'énergie électrique.
  2. l'interrupteur — Il laisse passer ou coupe l'énergie.
  3. 2,5 — P = U × I = 5 × 0,5 = 2,5 W.
  4. 20 — E = 2,5 × 8 = 20 Wh.
  5. Réponse libre — exemple : Elle se réduit à la fixation directe de l'hélice sur l'axe du moteur : le mouvement est transmis sans être modifié, l'hélice tourne à la même vitesse que le moteur. — Pas d'adaptation de vitesse : transmission directe.
Pb. 2 — Le grille-painUn grille-pain porte l'indication « 230 V – 900 W ». Quand on abaisse le levier, une minuterie ferme le circuit : les résistances chauffent pendant 3 minutes, puis la minuterie coupe le courant.
Forme de l'énergie utile produite par les résistances : énergie
La minuterie qui ferme puis coupe le circuit assure la fonction .
Intensité absorbée par le grille-pain : A (arrondie au dixième)
Énergie consommée pour une fournée de 3 min : Wh
Cette même énergie exprimée en joules : J
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  1. thermique — Les résistances rayonnent de la chaleur vers le pain.
  2. distribuer — Elle autorise le passage de l'énergie pendant une durée donnée.
  3. 3,9 — I = P / U = 900 / 230 ≈ 3,9 A.
  4. 45 — 3 min = 0,05 h ; 900 × 0,05 = 45 Wh.
  5. 162000 — 900 W × 180 s = 162 000 J (ou 45 × 3 600).
Moyen
Pb. 3 — L'autonomie d'une trottinette électriqueUne trottinette électrique possède une batterie de 36 V et 7,8 Ah. En ville, le moteur absorbe en moyenne 250 W et la trottinette roule à 20 km/h. Le chargeur, branché sur le secteur, a un rendement de 85 %. Prix de l'électricité : 0,20 € le kWh.
Énergie stockée dans la batterie pleine : Wh
Autonomie de la trottinette : h (arrondie au centième)
Distance parcourue avec une charge : km (arrondie à l'unité)
Énergie prélevée sur le secteur pour une recharge complète : Wh (arrondie à l'unité)
Coût d'une recharge complète : centimes d'euro (arrondi à l'unité)
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  1. 280,8 — E = U × Q = 36 × 7,8 = 280,8 Wh.
  2. 1,12 — t = E / P = 280,8 / 250 ≈ 1,12 h, soit environ 1 h 07 min.
  3. 22 — d = v × t = 20 × 1,12 ≈ 22 km.
  4. 330 — 280,8 / 0,85 ≈ 330 Wh : il faut prélever plus que ce qui est stocké.
  5. 7 — 0,330 kWh × 0,20 € ≈ 0,066 €, soit environ 7 centimes.
Difficile
Pb. 4 — Le portail coulissantLe moteur d'un portail coulissant tourne à 1 400 tr/min. Il entraîne un réducteur roue et vis sans fin (vis à 1 filet, roue de 35 dents). Sur l'axe de la roue est fixé un pignon de 60 mm de diamètre, qui engrène sur une crémaillère fixée au portail. Le portail doit coulisser sur 4 m pour s'ouvrir complètement.
Vitesse de rotation du pignon : tr/min
Distance parcourue par le portail pour un tour de pignon : mm (arrondie à l'unité)
Vitesse de déplacement du portail : m/min (arrondie au dixième)
Durée d'ouverture complète : s (arrondie à l'unité)
Le moteur est remplacé par un modèle tournant à 2 800 tr/min. Nouvelle durée d'ouverture : s (arrondie à l'unité)
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  1. 40 — r = 1 / 35 ; 1 400 / 35 = 40 tr/min.
  2. 188 — Périmètre du pignon : π × 60 ≈ 188,5 mm ; la crémaillère avance de cette longueur à chaque tour.
  3. 7,5 — 40 × 188,5 mm = 7 540 mm/min ≈ 7,5 m/min.
  4. 32 — 4 / 7,54 ≈ 0,53 min ≈ 32 s.
  5. 16 — Vitesse du moteur doublée : le portail va deux fois plus vite, la durée est divisée par 2 (≈ 15,9 s).
Pb. 5 — L'abri de jardin solaireUn abri de jardin isolé est équipé d'un panneau photovoltaïque, d'un régulateur de charge et d'une batterie 12 V – 60 Ah. Par une journée d'été, le panneau produit 400 Wh ; l'ensemble régulateur + batterie a un rendement de 85 %. Chaque soir, on utilise un éclairage LED (12 V ; 0,75 A) pendant 4 h et une petite pompe d'arrosage (12 V ; 4 A) pendant 1 h 30 min.
Énergie maximale que peut stocker la batterie : Wh
Énergie réellement mise en réserve pendant une journée d'été : Wh
Énergie consommée chaque soir (éclairage + pompe) : Wh
Pour préserver la batterie, on ne la décharge jamais de plus de 50 %. Nombre de soirées complètes possibles sans soleil, batterie pleine au départ :
Décris la chaîne d'énergie de la pompe : pour chaque fonction, le composant et la forme d'énergie en sortie.
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  1. 720 — E = U × Q = 12 × 60 = 720 Wh.
  2. 340 — 0,85 × 400 = 340 Wh.
  3. 108 — Éclairage : 12 × 0,75 × 4 = 36 Wh ; pompe : 12 × 4 × 1,5 = 72 Wh ; total 108 Wh.
  4. 3 — 50 % de 720 = 360 Wh ; 360 / 108 ≈ 3,3 : 3 soirées complètes.
  5. Réponse libre — exemple : Alimenter : panneau photovoltaïque + batterie (énergie électrique) ; Distribuer : interrupteur ou régulateur qui autorise le passage du courant (électrique) ; Convertir : moteur de la pompe (mécanique de rotation) ; Transmettre : roue à aubes de la pompe qui met l'eau en mouvement. — Quatre fonctions, un composant et une forme d'énergie pour chacune.
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