Feuille d'activités de la leçon : Résistance et résistivité des conducteurs Physique

Dans cette feuille d’activités, nous nous entraînerons à décrire les relations entre les dimensions d’un objet, le mouvement des électrons libres à travers cet objet et sa résistance.

Q1:

Laquelle des formules suivantes relie correctement la résistivité, 𝜌, d'une substance à la résistance d'un objet de longueur, 𝑙, qui est formé de la substance si l'objet a une aire de la section transversale 𝐴 et une résistance 𝑅?

  • A𝑅=𝜌𝐴𝑙
  • B𝜌=𝑅𝑙𝐴
  • C𝑅=𝜌𝐴𝑙
  • D𝑅=𝜌𝑙𝐴

Q2:

Un fil fait d’un matériau inconnu a une résistance de 125 mΩ. Le fil a une longueur de 1,8 m et une aire de section transversale 2,35×10 m2. Quelle est la résistivité du matériau qui compose le fil? Donne ta réponse en notation scientifique, au dixième près.

  • A9,6×10 Ω⋅m
  • B5,3×10 Ω⋅m
  • C9,6×10 Ω⋅m
  • D1,6×10 Ω⋅m
  • E1,6×10 Ω⋅m

Q3:

Un fil de cuivre ayant une résistance de 12,8 mΩ a une aire de section transversale de 1,15×10 m2. Calcule la longueur du fil. Utilise 1,7×10 Ω⋅m pour la résistivité du cuivre. Donne ta réponse à une décimale près.

Q4:

Les fils acheminant le courant d’une centrale électrique à une sous-station mesurent 7,25 km de long. Ils sont faits de cuivre ayant une résistivité de 1,7×10 Ω⋅m. Le courant à travers les fils est de 450 mA. La puissance dissipée par les fils ne doit pas dépasser 15 W. Quelle est l'aire minimale de la section nécessaire aux fils acheminant le courant? Donne ta réponse en notation scientifique, au dixième près.

  • A3,7×10 m2
  • B1,7×10 m2
  • C1,7×10 m2
  • D8,2×10 m2
  • E3,7×10 m2

Q5:

Le schéma montre deux circuits identiques. La section de chaque fil conducteur d'un circuit a été grandement agrandie pour montrer les ions qui le composent et les électrons libres qui se déplacent entre ces ions. Les fils conducteurs sont tous deux faits de la même substance.

Laquelle des affirmations suivantes indique la différence entre les résistivités des sections du fil conducteur dans les schémas (a) et (b)?

  • ALa résistivité de la section du schéma (a) est supérieure à la résistivité de la section du schéma (b).
  • BLa résistivité de la section du schéma (b) est supérieure à la résistivité de la section du schéma (a).
  • CLes résistivités sont les mêmes pour les deux sections.

Laquelle des affirmations suivantes indique la différence entre les sections des fils conducteurs?

  • AL'aire de la section transversale du fil du schéma (b) est supérieure à l'aire de la section transversale du fil du schéma (a).
  • BLes sections des fils sont identiques.
  • CL'aire de la section transversale du fil du schéma (a) est supérieure à l'aire de la section transversale du fil du schéma (b).

Laquelle des affirmations suivantes indique correctement la différence entre le temps moyen mis par un électron libre pour traverser d'un côté de la section à l'autre côté dans le schéma (a) par rapport au temps moyen mis pour qu'un électron libre passe par un côté de la section de l'autre côté sur le schéma (b)?

  • ALe temps mis pour la section dans le schéma (b) est plus grand.
  • BLe temps mis pour la section dans le schéma (a) est plus grand.
  • CLe temps mis est le même pour les deux sections.

Laquelle des affirmations suivantes indique correctement la différence entre la résistance de la section du fil conducteur sur le schéma (a) par rapport à la résistance de la section du fil conducteur sur le schéma (b)?

  • ALa résistance de la section du schéma (b) est plus grande.
  • BLa résistance de la section du schéma (a) est plus grande.
  • CLa résistance est la même pour les deux sections.

Q6:

Un fil de cuivre ayant une résistance de 22 mΩ a une longueur de 6,2 m. Calcule l'aire de sa section transversale. Utilise 1,7×10 Ω⋅m pour la résistivité du cuivre. Donne ta réponse en notation scientifique au dixième près.

  • A4,8×10 m2
  • B7,5×10 m2
  • C8,0×10 m2
  • D2,3×10 m2
  • E2,1×10 m2

Q7:

Un courant de 1,4 A circulant dans un fil de cuivre est porté par des électrons libres. L'aire de la section transversale du fil est de 2,5×10 m2. Calcule la vitesse moyenne à laquelle les électrons libres circulent à travers le fil. Utilise une valeur de 1,6×10 C pour la charge d'électrons et une valeur de 8,46×10 m−3 pour la densité des électrons libres dans le cuivre. Donne ta réponse en notation scientifique, au dixième près.

  • A4,7×10 m/s
  • B5,3×10 m/s
  • C2,1×10 m/s
  • D2,4×10 m/s
  • E4,1×10 m/s

Q8:

Un courant de 77 mA circulant dans un fil conducteur fait d'un matériau inconnu est porté par des électrons libres. L'aire de la section transversale du conducteur est de 1,5×10 m2. Calcule la densité des électrons libres dans le matériau sachant que la vitesse moyenne des électrons libres le long du fil est de 0,18 mm/s. Utilise une valeur de 1,6×10 C pour la charge d'électrons. Donne ta réponse en notation scientifique, au dixième près.

  • A1,8×10 m−3
  • B3,0×10 m3
  • C1,8×10 m−3
  • D1,8×10 m−3
  • E3,0×10 m−3

Q9:

Les figures (a) et (b) représentent des sections d'objets conducteurs identiques constitués de trois ions espacés de manière régulière. Les électrons libres dont la vitesse est supérieure à la vitesse 𝑣déchappée peuvent quitter l'ion le plus proche pour aller vers un ion voisin. Les électrons libres avec des vitesses inférieures à 𝑣déchappée ne se déplacent pas vers un ion voisin. Les figures (c) et (d) représentent des sections d'objets conducteurs dans lesquelles l'espacement entre les ions est plus grand que pour les objets représentés sur les figures (a) et (b). La densité en électrons libres dans l'objet de la figure (d) est la même que la densité en électrons libres dans les objets illustrés aux figures (a) et (b). La densité en électrons libres dans l'objet de la figure (c) est supérieure à la densité en électrons libres dans les objets représentés sur les figures (a) et (b). La vitesse moyenne à laquelle un électron libre typique se déplace dans les objets des figures (c) et (d) est 𝑣déchappée.

Des fils conducteurs de mêmes dimensions faits de matériaux avec lesquels les objets des figures (a) et (d) sont faits sont soumis à la même différence de potentiel. Laquelle des affirmations suivantes décrit le plus correctement comment le courant passant dans le fil I, qui est fait du matériau de la figure (a), se compare au courant traversant le fil II, qui est fait du matériau de la figure (d) ?

  • AL'intensité de courant dans le fil II est supérieure à celle dans le fil I.
  • BL'intensité de courant dans le fil I est supérieure à celle dans le fil II.
  • CL'intensité de courant est la même dans les deux fils.

Des fils conducteurs ayant les même dimensions faits de matériaux avec lesquels les objets des figures (c) et (d) sont faits sont soumis à la même différence de potentiel. Laquelle des affirmations suivantes décrit le plus correctement la manière dont le courant traversant le fil I, qui est constitué du matériau de la figure (c), se compare au courant traversant le fil II, qui est constitué du matériau issu de la figure (d), compte tenu de la répulsion réciproque des électrons ?

  • AL'intensité de courant dans le fil I est supérieure à celle dans le fil II.
  • BL'intensité de courant est la même dans les deux fils.
  • CL'intensité de courant dans le fil II est supérieure à celle dans le fil I.

Q10:

Le schéma représente deux circuits très semblables. La section de chaque fil conducteur du circuit a été agrandie pour montrer les ions qui composent le fil conducteur et les électrons libres qui se déplacent entre ces ions.

Laquelle des affirmations suivantes est correcte concernant la relation entre les conductivités des sections de fil conducteur dans les figures (a) et (b)?

  • ALa conductivité de la section de la figure (a) est plus grande.
  • BLa conductivité des deux sections est identique.
  • CLa conductivité de la section de la figure (b) est plus grande.

Laquelle des affirmations suivantes est correcte concernant la relation entre les sections des fils conducteurs?

  • AL'aire de la section transversale du fil dans le diagramme (b) est supérieure à l'aire de la section transversale du fil de la figure (a).
  • BLes sections des fils sont identiques.
  • CL'aire de la section transversale du fil dans la figure (a) est supérieure à l'aire de la section transversale du fil de la figure (b).

Laquelle des affirmations suivantes est correcte concernant la relation entre le nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (a) et le nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (b)?

  • ALe nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (b) est supérieur au nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (a).
  • BLe nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (a) est supérieur au nombre d'électrons libres par mètre linéaire de fil conducteur de la figure (b).
  • CLe nombre d'électrons libres par mètre linéaire est le même pour les deux fils.

Laquelle des affirmations suivantes est correcte concernant la relation entre le temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure (a) et le temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure (b)?

  • ALe temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure (b) est supérieur au temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure (a).
  • BLe temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure(a) est supérieur au temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section dans la figure (b).
  • CLe temps moyen mis par un électron libre pour passer d'un côté à l'autre de la section est le même pour les deux sections.

Laquelle des affirmations suivantes est correcte concernant la résistance de la section de fil conducteur sur la figure (a) et résistance de la section de fil conducteur sur la figure (b)?

  • ALa résistance de la section de la figure (b) est plus grande.
  • BLa résistance de la section de la figure (a) est plus grande.
  • CLa résistance des deux sections est identique.

Cette leçon comprend 21 questions additionnelles pour les abonnés.

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