Électricité et sécurité
Tension, intensité, résistance et loi d'Ohm, puissance et énergie, effets du courant sur le corps humain, fusible, disjoncteur, différentiel et prise de terre.
1. Grandeurs électriques
Propriété
- Tension $U$ en volts (V), mesurée au voltmètre branché en dérivation.
- Intensité $I$ en ampères (A), mesurée à l'ampèremètre branché en série.
- Loi d'Ohm pour une résistance $R$ (en ohms, $\Omega$) : $U = R \times I$.
- Puissance : $P = U \times I$ (W) ; énergie : $E = P \times t$ (J si $t$ en s, Wh ou kWh si $t$ en h).
Expérience · Caractéristique d'une résistance
2. Dangers du courant pour le corps
Propriété
Le danger dépend surtout de l'intensité qui traverse le corps, de son trajet (passage par le cœur) et de la durée :
Propriété · Résistance du corps
La résistance du corps diminue fortement quand la peau est mouillée (environ $5\,000\ \Omega$ peau sèche, $1\,000\ \Omega$ ou moins peau mouillée) : sous la même tension, l'intensité augmente et le risque aussi. C'est pourquoi on n'utilise pas d'appareil électrique dans le bain.
3. Dispositifs de protection
Définition
- Le fusible et le disjoncteur protègent les installations contre les surintensités (surcharge, court-circuit) : ils coupent au-delà de $10$, $16$, $20$ A…
- Le disjoncteur différentiel $30$ mA protège les personnes : il coupe le courant dès qu'une fuite vers la terre dépasse $30$ mA.
- La prise de terre évacue le courant de fuite d'un appareil à carcasse métallique.
Attention · Matériel médical
Les appareils reliés au patient (électrocardiographe, défibrillateur, bistouri électrique) obéissent à des normes de sécurité renforcées : isolation, faibles courants de fuite, contrôles réguliers.
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Exercices corrigés
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Intensité dans le corps
★★☆La résistance d'un corps humain mains sèches est d'environ $5\,000\ \Omega$, et $1\,000\ \Omega$ mains mouillées. Calculer l'intensité traversant le corps sous $230$ V dans chaque cas. Conclure.
Puissance d'un appareil
★☆☆Un stérilisateur fonctionne sous $230$ V et consomme $4{,}0$ A. Calculer sa puissance et l'énergie consommée en $30$ min (en kWh).
Rôle du différentiel
★★☆Pourquoi un disjoncteur de $16$ A ne protège-t-il pas une personne qui touche un fil sous tension, alors qu'un disjoncteur différentiel $30$ mA la protège ?
Appliquer la loi d'Ohm
★☆☆Une résistance de $220\ \Omega$ est traversée par un courant de $0{,}050$ A. Calculer la tension à ses bornes.
Calculer une résistance
★☆☆Sous $12$ V, un dipôle ohmique est traversé par $0{,}40$ A. Calculer sa résistance.
Intensité d'une bouilloire
★☆☆Une bouilloire de $2\,000$ W fonctionne sous $230$ V. Quelle intensité la traverse ?
Énergie d'une lampe
★☆☆Une lampe de $60$ W reste allumée $5$ h. Calculer l'énergie consommée en kWh puis en J.
Coût d'utilisation
★★☆Avec un kWh à $0{,}25$ €, combien coûte l'utilisation de la lampe précédente $5$ h par jour pendant un an ?
Multiprise surchargée
★★☆Sur une multiprise protégée à $16$ A, on branche un radiateur de $1\,500$ W, un sèche-cheveux de $1\,200$ W et un fer à repasser de $1\,000$ W ($230$ V). Est-ce raisonnable ?
Effets selon l'intensité
★☆☆Décrire l'effet sur le corps d'un courant de $5$ mA, de $20$ mA, de $100$ mA.
Tension de sécurité
★★☆Avec une résistance du corps de $1\,000\ \Omega$ (peau mouillée), quelle tension maximale peut-on toucher sans dépasser $25$ mA ?
Prise de terre
★★☆La carcasse métallique d'un lave-linge est accidentellement en contact avec un fil de phase. Que se passe-t-il s'il est relié à la terre ? S'il ne l'est pas ?
Le différentiel déclenche
★★☆Un différentiel $30$ mA détecte une différence de $40$ mA entre le courant « aller » et le courant « retour ». Que fait-il et pourquoi ?
Exploiter une caractéristique
★★☆Lors de l'expérience du cours, on obtient $U = 4{,}4$ V pour $I = 20$ mA et des points alignés passant par l'origine. Calculer $R$.
Sèche-cheveux et baignoire
★★☆Expliquer pourquoi il est très dangereux d'utiliser un sèche-cheveux branché sur le secteur dans une baignoire.
Défibrillateur
★★★Un défibrillateur délivre une énergie de $200$ J en $5{,}0$ ms. Calculer la puissance moyenne de la décharge.
Résistances en série
★★☆Deux résistances de $100\ \Omega$ et $220\ \Omega$ sont branchées en série sous $12$ V. Calculer l'intensité.
Choisir un disjoncteur
★★☆Un circuit alimente un four de $3\,000$ W et une plaque de $1\,500$ W ($230$ V). Faut-il un disjoncteur de $16$ A ou de $32$ A ?
Puissance et énergie d'un appareil médical
★★☆Un aspirateur de mucosités de $150$ W fonctionne $2$ h par jour. Énergie consommée par semaine ?
Vrai ou faux
★★☆a) C'est l'intensité qui traverse le corps qui fait le danger. b) Un disjoncteur $16$ A protège les personnes. c) L'ampèremètre se branche en série.
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