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Examens nationaux

Baccalauréat · Série F · Physique — 2023

BAC F — Physique — Sujet type n° 2

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

Consignes

  • Le candidat traitera les trois exercices.
  • Toute application numérique doit être précédée de l'expression littérale.
  • On prendra π≈3,14\pi \approx 3{,}14.

Exercice 1 — Circuit RLC série en régime sinusoïdal

Un circuit série comporte une résistance R=40 ΩR = 40\ \Omega, une bobine d'inductance L=0,10 HL = 0{,}10\ \mathrm{H} de résistance négligeable, et un condensateur de capacité C=50 μFC = 50\ \mu\mathrm{F}. Il est alimenté sous une tension efficace U=220 VU = 220\ \mathrm{V} de fréquence f=50 Hzf = 50\ \mathrm{Hz}.

1.
Calculer la réactance inductive XLX_{L} et la réactance capacitive XCX_{C}.
2 pts
2.
Calculer l'impédance ZZ du circuit.
2 pts
3.
Calculer l'intensité efficace du courant.
1,5 pts
4.
Calculer le facteur de puissance et préciser la nature du circuit.
1,5 pts

Exercice 2 — Transformateur monophasé

Un transformateur monophasé de puissance apparente S=1 kVAS = 1\ \mathrm{kVA} comporte N1=500N_{1} = 500 spires au primaire et N2=100N_{2} = 100 spires au secondaire. Le primaire est alimenté sous U1=220 VU_{1} = 220\ \mathrm{V}.

1.
Calculer le rapport de transformation et la tension secondaire à vide.
2 pts
2.
Calculer les intensités nominales au primaire et au secondaire.
2 pts
3.
Les pertes fer valent 25 W25\ \mathrm{W} et les pertes cuivre 35 W35\ \mathrm{W}. Calculer le rendement du transformateur en charge nominale, avec un facteur de puissance égal à 11.
2 pts
4.
Expliquer le principe de fonctionnement d'un transformateur et pourquoi il ne fonctionne pas en courant continu.
1 pt

Exercice 3 — Installation électrique d'un atelier

Un atelier de menuiserie situé à 40 m40\ \mathrm{m} du tableau général consomme une puissance active P=5 kWP = 5\ \mathrm{kW} sous une tension monophasée U=220 VU = 220\ \mathrm{V}, avec un facteur de puissance cos⁡φ=0,90\cos\varphi = 0{,}90. La ligne est réalisée en câble de cuivre de section S=6 mm2S = 6\ \mathrm{mm}^{2}, de résistivité ρ=0,017 Ω⋅mm2/m\rho = 0{,}017\ \Omega \cdot \mathrm{mm}^{2}/\mathrm{m}.

1.
Calculer l'intensité absorbée par l'atelier.
2 pts
2.
Quel calibre de disjoncteur faut-il choisir dans la série 1616 – 2020 – 2525 – 3232 – 40 A40\ \mathrm{A} ? Justifier.
1 pt
3.
Calculer la chute de tension en ligne. On rappelle que le courant parcourt l'aller et le retour.
2 pts
4.
La norme limite la chute de tension à 3 %3\ \% de la tension nominale. L'installation est-elle conforme ?
1 pt

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