Sécurité électrique : corrigé des exercices de sciences physiques 3e – PDF gratuit à télécharger et imprimer

a. Vrai (valeur efficace).
b. Faux : il ne transporte pas de courant en fonctionnement normal ; il n’agit qu’en cas de défaut.
c. Faux : le neutre n’est pas fiable ; on ne le touche jamais sans couper le courant.
d. Vrai.
e. Vrai.

Fusible : C ; disjoncteur : D ; disjoncteur différentiel : B ; prise de terre : A.

1. La terre est la borne 3 (contact en haut).
2. La borne 1 est la phase : 230 V par rapport à la terre. La borne 2 est le neutre : 0 V par rapport à la terre.
3. La phase (borne 1) est dangereuse : elle est à 230 V par rapport au sol.

I = P ÷ U. a. 2 200 ÷ 230 ≈ 9,6 A. b. 900 ÷ 230 ≈ 3,9 A. c. 3 000 ÷ 230 ≈ 13,0 A.

1. P_max = 230 × 16 = 3 680 W.
2. P_tot = 900 + 1 800 + 1 000 = 3 700 W ; I = 3 700 ÷ 230 ≈ 16,1 A.
3. 16,1 A dépasse 16 A : le disjoncteur coupe le circuit.

1. I = 230 ÷ 2 000 = 0,115 A = 115 mA.
2. I = 230 ÷ 50 000 = 0,0046 A = 4,6 mA.
3. I = 12 ÷ 2 000 = 0,006 A = 6 mA.
4. Seul le premier cas dépasse 30 mA (115 mA) : peau mouillée et 230 V forment la situation la plus dangereuse. Sous 12 V, le courant reste faible même peau mouillée.

1. Pour 2 kΩ, on lit environ 115 mA. Calcul : I = 230 ÷ 2 000 = 0,115 A.
2. Le seuil est dépassé pour 1 kΩ (230 mA), 2 kΩ (115 mA) et 5 kΩ (46 mA). Pour 10 kΩ, I = 23 mA : sous le seuil ; pour 50 kΩ, I = 4,6 mA.
3. L’intensité diminue (I = U ÷ R : elle est inversement proportionnelle à R).
4. Avec des mains sèches, la résistance de la peau est plus grande et l’intensité en cas de contact accidentel est plus faible.

1. Fuite = 5,00 − 4,95 = 0,05 A = 50 mA ; 50 mA > 30 mA : le différentiel coupe.
2. 5,00 − 4,99 = 0,01 A = 10 mA ; 10 mA < 30 mA : il ne coupe pas.
3. Sans défaut, tout le courant qui entre par la phase ressort par le neutre : la différence est nulle.

1. I = U ÷ R = 230 ÷ 0,05 = 4 600 A.
2. C’est environ 290 fois plus que 16 A.
3. Le disjoncteur (ou le fusible) coupe immédiatement le circuit : sans cela, les fils chaufferaient jusqu’à provoquer un incendie.

1. I = 1 500 ÷ 230 ≈ 6,5 A.
2. 6,5 A dépasse 5 A : le fusible fond et coupe le circuit.
3. Il faut un calibre supérieur à 6,5 A mais le plus petit possible : 10 A. Le 16 A conviendrait pour l’appareil mais protégerait moins bien un fil de section faible.

1. Un motif complet s’étend de 0 à 20 ms : T = 20 ms.
2. f = 1 ÷ 0,020 = 50 Hz.
3. Le sommet est un peu au-dessus de 15 V : U_max ≈ 17 V.
4. U_eff = 17 ÷ 1,414 ≈ 12 V.

1. f = 1 ÷ T = 1 ÷ 0,020 = 50 Hz.
2. T = 1 ÷ 60 ≈ 0,0167 s = 16,7 ms.
3. T = 1 ÷ 100 = 0,010 s = 10 ms.

1. Éclairage : 230 × 10 = 2 300 W ; prises : 230 × 16 = 3 680 W ; cuisson : 230 × 32 = 7 360 W.
2. Somme : 2 300 + 3 680 + 7 360 = 13 340 W. Disjoncteur général : 230 × 45 = 10 350 W.
3. Non : 13 340 W dépasse 10 350 W ; le disjoncteur général couperait.
4. Chaque disjoncteur protège un circuit adapté à sa section de fil : un défaut sur une ligne ne coupe que cette ligne.

1. 230 V pour chacun (dérivation).
2. Lave-vaisselle : 2 000 ÷ 230 ≈ 8,70 A ; téléviseur : 100 ÷ 230 ≈ 0,43 A ; lampe : 60 ÷ 230 ≈ 0,26 A.
3. Somme : 8,70 + 0,43 + 0,26 ≈ 9,4 A ; par la puissance : 2 160 ÷ 230 ≈ 9,4 A. Les deux résultats concordent.
4. 9,4 A < 16 A : non, le disjoncteur ne coupe pas.

1. I = 3 000 ÷ 230 ≈ 13,0 A.
2. 13,0 A dépasse le calibre de 10 A.
3. Le câble s’échauffe par effet Joule ; enroulé, il évacue mal la chaleur et peut fondre, d’où un risque d’incendie sans que le disjoncteur de 16 A de la maison ne coupe.
4. Dérouler complètement la rallonge, utiliser une rallonge de calibre au moins 16 A, ne pas multiplier les appareils.

1. Erreurs : courant non coupé ; pieds nus ; sol mouillé ; doigt mouillé ; chaise instable ; contact avec la douille.
2. Couper le courant au disjoncteur, vérifier l’absence de tension, se placer sur un support stable et isolant, les mains sèches, puis changer l’ampoule.
3. La peau mouillée a une résistance plus faible ; à tension égale, I = U ÷ R est plus grande, donc l’intensité qui traverse le corps augmente.

1. Le neutre est relié à la terre : leur tension relative est nulle, donc U_{phase–terre} = U_{phase–neutre} = 230 V.
2. Le sol est à 0 V : une personne touchant la phase et reliée au sol est soumise à 230 V ; un courant la traverse jusqu’à la terre.
3. Le neutre est au même potentiel que le sol : il n’y a pratiquement pas de tension entre lui et la personne. Mais en cas de coupure ou d’erreur de câblage, il peut devenir dangereux.

1. L’essentiel du courant passe par la terre (résistance 20 Ω, bien plus faible que celle du corps, 2 000 Ω), de sorte que la personne est peu exposée.
2. I = 230 ÷ 2 000 = 0,115 A = 115 mA.
3. Le courant de défaut qui passe à la terre ne revient pas par le neutre : la différence phase–neutre dépasse 30 mA et le différentiel coupe aussitôt.

1. P_tot = 2 200 + 2 400 = 4 600 W ; I = 4 600 ÷ 230 = 20 A.
2. 20 A dépasse le calibre de 16 A : surcharge, le disjoncteur coupe.
3. Solutions : alimenter les deux appareils par deux lignes différentes (lave-linge : 2 200 ÷ 230 ≈ 9,6 A ; four : 2 400 ÷ 230 ≈ 10,4 A, chacun sous 16 A), ou ne pas les utiliser en même temps ; on peut aussi installer une ligne spécialisée de 20 A pour le four.

Exemple de réponse : (1) « Mains sèches » : la peau mouillée a une faible résistance, donc I = U ÷ R devient dangereuse. (2) « Couper le courant avant d’intervenir » : sans tension, plus de courant. (3) « Ne pas surcharger les prises » : la puissance totale ne doit pas dépasser U × I_max ; sinon surintensité. (4) « Dérouler les rallonges » : l’effet Joule échauffe le câble enroulé. (5) « Ne jamais toucher un fil dénudé » : la phase est à 230 V par rapport au sol. Toute affiche cohérente avec cinq règles justifiées convient.