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Sujet Bac Corrigé - Lampe à incandescence - Bac S Nouvelle-Calédonie rattrapage 2003 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2003
Bac S (ancien programme)
Un exercice d'électricité sur 6,5 points consacré à l'allumage d'une lampe à incandescence, étudié à partir de courbes d'acquisition. 💡
- identifier le régime transitoire et le régime permanent, appliquer la loi des mailles ;
- calculer la résistance du filament et expliquer son évolution avec la température ;
- lire la durée d'allumage sur la courbe de puissance lumineuse ;
- étudier l'effet d'une bobine puis d'un condensateur sur l'allumage et la durée du flash.
Le corrigé détaille chaque lecture graphique, avec les pièges d'échelle.
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Lampe à incandescence : l'exercice 3 du Bac S Nouvelle-Calédonie rattrapage 2003
Cet exercice d'électricité de 6,5 points, le plus long de l'épreuve avec une durée conseillée de 1 h 18, étudie l'allumage d'une lampe à incandescence. Un ordinateur enregistre simultanément l'intensité du courant et la puissance lumineuse émise. On compare ensuite trois situations : la lampe seule, la lampe associée à une bobine, puis la lampe associée à un condensateur. Tout l'exercice repose sur la lecture attentive de courbes d'acquisition, avec des échelles qui changent d'une figure à l'autre.
Partie 1 : comportement électrique du filament
La question 1.1 rappelle qu'une interface ne mesure que des tensions : la voie 1 relève la tension aux bornes de R0, et le logiciel en déduit i = uR0/R0. Sur la figure 1, l'intensité est maximale à la fermeture puis décroît : c'est le régime transitoire, suivi d'un régime permanent vers 80 ms, avec i proche de 100 mA. La loi des mailles donne E = (R + R0)i, d'où R = E/i − R0 : la résistance du filament augmente pendant qu'il s'échauffe. À 200 ms, on obtient R = 2,5/0,10 − 4,6, soit environ 20 Ω.
Partie 2 : comportement thermique et optique
La durée Δt10-90 se lit sur la courbe p(t) entre 10 % et 90 %, soit environ 40 ms. Point remarquable : juste après la fermeture, alors que le courant est maximal, la lampe paraît éteinte, car la lumière émise dépend de la température du filament, encore froid. La durée d'allumage, jusqu'au seuil de 20 %, vaut environ 35 ms.
Partie 3 : association avec une bobine
Une bobine s'oppose aux variations du courant : l'intensité ne s'établit plus instantanément, et ce retard croît avec l'inductance. Les figures 2 et 3 le confirment : le maximum d'intensité est atteint vers 30 ms pour L1 = 0,13 H et vers 75 ms pour L2 = 0,5 H. Les durées d'allumage passent d'environ 35 ms sans bobine à 100 ms puis 120 ms.
Partie 4 : association avec un condensateur
En se chargeant, le condensateur voit sa tension tendre vers E, si bien que l'intensité tend vers zéro. La lampe émet alors un flash : environ 180 ms pour C1 = 15 mF et 350 ms pour C2 = 37 mF. Plus la capacité est grande, plus le flash dure. Enfin, à l'extinction, le courant n'est pas nul : le condensateur continue de se charger.
Les pièges à éviter
Le principal danger vient des échelles : 40 ms par division sur les figures 1 à 3, mais 100 ms sur les figures 4 et 5 ; 100 mA par division pour l'intensité de la figure 1, 20 mA sur les figures 2 et 3. Pensez aussi à convertir 100 mA en 0,10 A avant de calculer une résistance, et à retrancher la date d'allumage pour obtenir la durée d'un flash.
Conseils pour réussir
Notez l'échelle de chaque figure avant toute lecture et donnez des valeurs approchées cohérentes avec la précision du graphique. Le corrigé détaille chaque lecture, avec la copie attendue et des encarts de méthode.