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Examens nationaux

Baccalauréat · Série F · Physique — 2022

BAC F — Physique — Sujet type n° 3

  • Série F
  • ⏱ 3 h
  • Coefficient 4
  • Niveau difficile
  • 14 questions

Consignes

  • Le candidat traitera les trois exercices.
  • On prendra π=3,14\pi = 3{,}14 et la fréquence du réseau f=50 Hzf = 50\ \mathrm{Hz}.

Exercice 1 — Circuit RLC série en régime sinusoïdal

Un conducteur ohmique de résistance R=40 ΩR = 40\ \Omega, une bobine d'inductance L=0,25 HL = 0{,}25\ \mathrm{H} et de résistance négligeable, et un condensateur de capacité C=64 μFC = 64\ \mu\mathrm{F} sont montés en série sous une tension efficace U=100 VU = 100\ \mathrm{V} de fréquence 50 Hz50\ \mathrm{Hz}.

u(t)RLCi(t)uₕ
1.
Calculer la réactance de la bobine XLX_L et celle du condensateur XCX_C.
1,5 pts
2.
En déduire l'impédance ZZ du circuit, puis l'intensité efficace II.
2 pts
3.
Calculer le déphasage φ\varphi entre la tension et le courant, ainsi que le facteur de puissance. Le circuit est-il inductif ou capacitif ?
1,5 pts
4.
Calculer la puissance active consommée par le circuit.
1 pt
5.
Déterminer la fréquence de résonance f0f_0 du circuit.
1 pt

Exercice 2 — Transformateur monophasé

Un transformateur monophasé comporte N1=500N_1 = 500 spires au primaire et N2=100N_2 = 100 spires au secondaire. Il est alimenté sous U1=220 VU_1 = 220\ \mathrm{V} et débite I2=10 AI_2 = 10\ \mathrm{A} dans une charge de facteur de puissance cos⁡φ2=0,80\cos\varphi_2 = 0{,}80.

ZU₁N₁N₂U₂circuit magnétiqueprimairesecondaireI₁I₂
1.
Calculer le rapport de transformation mm, puis la tension secondaire U2U_2. S'agit-il d'un abaisseur ou d'un élévateur ?
1,5 pts
2.
Le transformateur étant supposé parfait, calculer l'intensité I1I_1 au primaire.
1,5 pts
3.
Calculer la puissance active P2P_2 fournie à la charge.
1,5 pts
4.
En réalité, les pertes dans le fer valent 20 W20\ \mathrm{W} et les pertes dans le cuivre 30 W30\ \mathrm{W}. Calculer le rendement réel.
1,5 pts

Exercice 3 — Redressement et filtrage

Le secondaire d'un transformateur délivre une tension sinusoïdale de valeur efficace U=24 VU = 24\ \mathrm{V} et de fréquence 50 Hz50\ \mathrm{Hz}. Cette tension attaque un pont de Graetz, puis un condensateur de filtrage.

Uₘ−Uₘttension redressée (trait plein)avant redressement : tirets fins · après filtrage : tirets largesondulation
1.
Combien de diodes comporte un pont de Graetz ? Expliquer en une phrase ce que ce montage apporte par rapport à une diode unique.
1,5 pts
2.
Calculer la tension maximale Umax⁡U_{\max} à l'entrée du pont.
1,5 pts
3.
Calculer la valeur moyenne de la tension redressée (avant filtrage).
2 pts
4.
Quelle est la fréquence de l'ondulation observée après redressement ?
1 pt
5.
On souhaite limiter l'ondulation à ΔU=2,0 V\Delta U = 2{,}0\ \mathrm{V} pour un courant débité I=0,50 AI = 0{,}50\ \mathrm{A}. Calculer la capacité nécessaire.
1 pt

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