QCM : Bases de l’électrocinétique — 28 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que représente le nombre de masse AA d’un atome ?

Le nombre de neutrons moins celui des protons
Le nombre total de nucléons du noyau
Le nombre total d’électrons de l’atome
Le nombre total de protons du noyau

Le nombre total de nucléons du noyau

Explication

Le nombre de masse AA est la somme des protons et des neutrons, c’est-à-dire le nombre total de nucléons. Le nombre de protons correspond au nombre atomique ZZ, et non à AA.

2. Un noyau possède 17 protons et 18 neutrons : quelle est sa valeur du nombre atomique ZZ ?

Z=1Z=1, car ZZ désigne la charge élémentaire
Z=17Z=17, car ZZ compte les protons
Z=18Z=18, car ZZ compte les neutrons
Z=35Z=35, car ZZ compte les nucléons

$$Z=17$$, car $$Z$$ compte les protons

Explication

Le nombre atomique ZZ est égal au nombre de protons du noyau, donc ici Z=17Z=17. La somme des protons et des neutrons donnerait le nombre de masse, soit A=35A=35.

3. Quelle caractéristique permet d’identifier deux atomes comme des isotopes d’un même élément ?

Ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents
Ils ont des nombres différents de protons et d’électrons
Ils ont le même nombre de nucléons et des charges électriques différentes
Ils ont le même nombre de neutrons et des nombres de protons différents

Ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Explication

Des isotopes possèdent le même nombre de protons, ce qui définit le même élément, mais des nombres de neutrons différents. Une variation du nombre de protons correspondrait à un autre élément chimique.

4. Quelle différence caractérise un conducteur parfait par rapport à un isolant parfait ?

Le conducteur immobilise les porteurs dans son volume, tandis que l’isolant les déplace vers sa surface
Le conducteur laisse les porteurs se déplacer dans son volume, tandis que l’isolant les maintient localisés
Le conducteur transforme les porteurs en neutrons, tandis que l’isolant les transforme en protons
Le conducteur supprime les charges déposées, tandis que l’isolant les convertit en énergie

Le conducteur laisse les porteurs se déplacer dans son volume, tandis que l’isolant les maintient localisés

Explication

Dans un conducteur parfait, les porteurs de charge non compensés peuvent se déplacer librement dans tout le volume. Dans un isolant parfait, ils restent localisés à l’endroit où ils ont été déposés.

5. Laquelle des situations correspond à un courant électrique ?

Une neutralisation réciproque de charges opposées sans transport électrique
Une accumulation locale de charges sans déplacement organisé dans le matériau
Une charge électrique immobile déposée sur la surface d’un matériau isolant
Un déplacement collectif de porteurs de charge dans un matériau sous l’action d’une force électromagnétique

Un déplacement collectif de porteurs de charge dans un matériau sous l’action d’une force électromagnétique

Explication

Un courant électrique est un déplacement d’ensemble de porteurs de charge dans un matériau conducteur sous l’action d’une force électromagnétique. Une charge immobile constitue une charge électrique, mais pas un courant.

6. Un porteur de charge qq est placé dans un champ électrique E⃗\vec{E} : quelle relation donne la force électrique exercée sur lui ?

F⃗=qE⃗\vec{F}=\frac{q}{\vec{E}}
F⃗=E⃗q\vec{F}=\frac{\vec{E}}{q}
F⃗=q+E⃗\vec{F}=q+\vec{E}
F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E}

$$\vec{F}=q\vec{E}$$

Explication

La force électrique exercée sur un porteur est le produit de sa charge par le champ électrique, soit F⃗=qE⃗\vec{F}=q\vec{E}. Le champ décrit l’action électrique dans l’espace, tandis que la charge détermine la réponse du porteur.

7. Dans un semi-conducteur, que désigne un trou comme porteur positif ?

Un manque local d’électron dans le matériau
Un proton supplémentaire dans le réseau cristallin
Un ion négatif créé par capture d’un électron
Un électron immobilisé par une liaison électrostatique

Un manque local d’électron dans le matériau

Explication

Un trou correspond à un manque local d’électron et se comporte comme un porteur positif. Les électrons constituent les porteurs négatifs du semi-conducteur, tandis qu’un ion négatif possède au contraire un excès d’électrons.

8. Une charge QQ traverse une section pendant un intervalle de temps : que mesure l’intensité du courant ii ?

La vitesse moyenne des électrons, exprimée en mètres par seconde
La force exercée sur chaque charge, exprimée en newtons
La quantité totale de charge, exprimée en coulombs indépendamment du temps
Le débit de charge, donné par i=dQdti=\frac{dQ}{dt} et exprimé en ampères

Le débit de charge, donné par $$i=\frac{dQ}{dt}$$ et exprimé en ampères

Explication

L’intensité mesure la quantité de charge qui traverse une surface par unité de temps, selon i=dQdti=\frac{dQ}{dt}, et son unité est l’ampère. La charge QQ représente une quantité d’électricité et s’exprime en coulombs.

9. Quelle valeur de courant est présentée comme pouvant être mortelle pour un être humain ?

Environ 50 mA
Environ 5 mA
Environ 5 A
Environ 500 mA

Environ 50 mA

Explication

Un courant d’environ 50 mA est présenté comme pouvant être mortel pour l’être humain. Les autres valeurs proposées ne correspondent pas à la valeur de référence indiquée ici.

10. Un courant de porteurs de densité nn, de charge qq et de vitesse moyenne v⃗\vec{v} traverse une surface SS, avec une densité colinéaire à cette surface : quelle relation convient ?

j⃗=nqv⃗\vec{j}=\frac{nq}{\vec{v}} et i=jSi=\frac{j}{S}
j⃗=nqv⃗\vec{j}=nq\vec{v} et i=jS=nqvSi=jS=nqvS
j⃗=n+q+v⃗\vec{j}=n+q+\vec{v} et i=j+Si=j+S
j⃗=v⃗nq\vec{j}=\frac{\vec{v}}{nq} et i=Sji=\frac{S}{j}

$$\vec{j}=nq\vec{v}$$ et $$i=jS=nqvS$$

Explication

La densité de courant est le vecteur j⃗=nqv⃗\vec{j}=nq\vec{v} et, lorsque sa direction est colinéaire à la surface, l’intensité vaut i=jS=nqvSi=jS=nqvS. La densité de courant est vectorielle, alors que l’intensité traversant la surface est scalaire.

11. Que signifie la conservation de la charge électrique dans le fonctionnement d’un générateur ?

Le générateur détruit les charges après leur passage dans le circuit
Le générateur fournit de l’énergie aux charges sans créer de charge électrique
Le générateur remplace les charges du circuit par des particules neutres
Le générateur fabrique des charges lorsqu’il fournit de l’énergie au circuit

Le générateur fournit de l’énergie aux charges sans créer de charge électrique

Explication

La charge électrique ne peut être ni créée ni détruite : le générateur communique de l’énergie aux charges existantes. Il ne produit donc pas de nouvelles charges électriques pour alimenter le circuit.

12. Quelle grandeur caractérise un point donné et correspond à l’énergie potentielle électrostatique qu’aurait une charge unitaire placée en ce point ?

La tension électrique, exprimée comme une différence entre deux points
L’intensité électrique, exprimée en ampères dans un conducteur
La résistance électrique, exprimée en ohms dans le circuit
Le potentiel électrique, exprimé en volts ou en joules par coulomb

Le potentiel électrique, exprimé en volts ou en joules par coulomb

Explication

Le potentiel électrique est une grandeur attachée à un point et représente l’énergie potentielle électrostatique par unité de charge. La tension désigne au contraire une différence de potentiel entre deux points.

13. Si VA=12 VV_A=12\ \mathrm{V} et VB=5 VV_B=5\ \mathrm{V}, quelle est la valeur de la tension UABU_{AB} ?

−7 V-7\ \mathrm{V}
512 V\frac{5}{12}\ \mathrm{V}
7 V7\ \mathrm{V}
17 V17\ \mathrm{V}

$$7\ \mathrm{V}$$

Explication

Par définition, UAB=VA−VBU_{AB}=V_A-V_B, donc UAB=12−5=7 VU_{AB}=12-5=7\ \mathrm{V}. La valeur négative correspondrait à la tension orientée de B vers A.

14. Une résistance de 10 Ω10\ \Omega est parcourue par un courant de 0,2 A0{,}2\ \mathrm{A} en convention récepteur. Quelle tension mesure-t-on à ses bornes ?

2 V2\ \mathrm{V}
0,02 V0{,}02\ \mathrm{V}
50 V50\ \mathrm{V}
10,2 V10{,}2\ \mathrm{V}

$$2\ \mathrm{V}$$

Explication

La loi d’Ohm en convention récepteur donne U=RIU=RI, donc U=10×0,2=2 VU=10\times0{,}2=2\ \mathrm{V}. La valeur 50 V50\ \mathrm{V} résulterait d’une division erronée de la résistance par le courant.

15. À matériau et longueur identiques, comment évolue la résistance d’un conducteur lorsque sa section est multipliée par 2 ?

Elle est multipliée par 2
Elle est divisée par 2
Elle reste inchangée
Elle devient égale à la résistivité

Elle est divisée par 2

Explication

La relation R=ρlSR=\rho\frac{l}{S} montre que la résistance est inversement proportionnelle à la section. Doubler SS divise donc la résistance par 2.

16. Quelle distinction caractérise un régime continu par rapport à un régime variable ?

Ses grandeurs électriques ne dépendent pas du temps
Ses grandeurs électriques dépendent explicitement du temps
Ses grandeurs électriques sont définies par une vitesse de propagation
Ses grandeurs électriques oscillent nécessairement autour de zéro

Ses grandeurs électriques ne dépendent pas du temps

Explication

Dans un régime continu, les grandeurs comme II, UU et VV sont constantes dans le temps. Un régime variable est décrit par des grandeurs dépendant du temps, telles que i(t)i(t) et u(t)u(t).

17. Une perturbation parcourt un circuit de longueur 30 m30\ \mathrm{m} à une vitesse proche de 3×108 m.s−13\times10^8\ \mathrm{m.s^{-1}}. Quel est son temps de propagation approximatif ?

1×10−7 s1\times10^{-7}\ \mathrm{s}
3×10−8 s3\times10^{-8}\ \mathrm{s}
9×109 s9\times10^9\ \mathrm{s}
1×107 s1\times10^7\ \mathrm{s}

$$1\times10^{-7}\ \mathrm{s}$$

Explication

Le temps de propagation vaut τ=lc=303×108=1×10−7 s\tau=\frac{l}{c}=\frac{30}{3\times10^8}=1\times10^{-7}\ \mathrm{s}. La vitesse 3×108 m.s−13\times10^8\ \mathrm{m.s^{-1}} est une vitesse, et non le temps recherché.

18. Dans quelle situation l’approximation des régimes quasi-stationnaires est-elle justifiée ?

Lorsque le temps de propagation vérifie τ≪T\tau\ll T
Lorsque le temps de propagation vérifie τ≫T\tau\gg T
Lorsque la vitesse de propagation devient nulle
Lorsque la longueur du circuit est égale à la période

Lorsque le temps de propagation vérifie $$\tau\ll T$$

Explication

L’ARQS est valable lorsque la perturbation se propage sur un temps négligeable devant le temps caractéristique du circuit, soit τ≪T\tau\ll T. La condition τ≫T\tau\gg T indique au contraire que les effets de propagation ne peuvent pas être négligés.

19. Quel terme désigne un composant électrique accessible par une paire de bornes ou de pôles ?

Une branche
Une maille
Un dipôle
Un nœud

Un dipôle

Explication

Un dipôle est défini par un accès électrique comportant deux bornes ou pôles. Un nœud est une jonction de fils, tandis qu’une branche et une maille décrivent des structures du circuit.

20. Dans un circuit, comment reconnaît-on un nœud ?

C’est une succession de dipôles parcourus par un courant
C’est un composant possédant deux bornes électriques
C’est une jonction entre au moins trois fils de connexion
C’est un contour fermé constitué de plusieurs branches

C’est une jonction entre au moins trois fils de connexion

Explication

Un nœud est un point où se rejoignent au moins trois fils de connexion. Un point reliant deux éléments ne suffit pas à constituer un nœud au sens de cette définition.

21. Comment définit-on une branche dans un circuit électrique ?

Un ensemble de dipôles en série entre deux nœuds
Un composant électrique entre deux bornes
Un contour fermé parcouru dans le circuit
Un point de jonction entre plusieurs fils conducteurs

Un ensemble de dipôles en série entre deux nœuds

Explication

Une branche regroupe des dipôles montés en série et située entre deux nœuds. Un contour fermé correspond à une maille, tandis qu’un composant à deux bornes est un dipôle.

22. Quelle structure de circuit forme une maille ?

Une portion de circuit parcourue par un courant constant
Un ensemble de branches constituant un contour fermé
Une jonction où se rencontrent au moins trois fils
Un ensemble de dipôles placés entre deux bornes

Un ensemble de branches constituant un contour fermé

Explication

Une maille est constituée de branches qui forment un contour fermé, sans repasser plus d’une fois par un même nœud intermédiaire. Une branche est une portion située entre deux nœuds, et non un contour fermé.

23. Quelle distinction entre les deux lois de Kirchhoff est correcte ?

Les deux lois portent sur les tensions, mais utilisent des orientations de signes différentes.
Les deux lois portent sur les courants, mais s’appliquent à des circuits de formes différentes.
La loi des nœuds porte sur les courants, tandis que la loi des mailles porte sur les tensions.
La loi des nœuds porte sur les tensions, tandis que la loi des mailles porte sur les courants.

La loi des nœuds porte sur les courants, tandis que la loi des mailles porte sur les tensions.

Explication

La loi des nœuds relie les courants qui arrivent ou repartent d’un nœud, tandis que la loi des mailles relie les tensions le long d’une boucle. La confusion fréquente consiste à attribuer les courants aux mailles et les tensions aux nœuds.

24. Dans un nœud où I1I_1 et I2I_2 entrent et I3I_3 sort, quelle relation traduit la loi des nœuds ?

I1+I3=I2I_1+I_3=I_2
I1+I2+I3=0I_1+I_2+I_3=0
I1+I2=I3I_1+I_2=I_3
I2+I3=I1I_2+I_3=I_1

$$I_1+I_2=I_3$$

Explication

La loi des nœuds impose que la somme des courants entrants soit égale à la somme des courants sortants, d’où I1+I2=I3I_1+I_2=I_3. Une relation portant sur les tensions correspondrait à la loi des mailles, pas à celle des nœuds.

25. Quelle expression représente la loi de Kirchhoff pour une maille orientée ?

∑kik=0\sum_k i_k=0, en additionnant les courants de chaque branche de la maille.
∑kεkuk=0\sum_k\varepsilon_k u_k=0, avec des signes fixés par l’orientation des tensions.
∑kuk=1\sum_k u_k=1, indépendamment du sens choisi pour parcourir la maille.
∑kεkik=0\sum_k\varepsilon_k i_k=0, avec des signes fixés par l’orientation des courants.

$$\sum_k\varepsilon_k u_k=0$$, avec des signes fixés par l’orientation des tensions.

Explication

Pour une maille orientée, la somme algébrique des tensions vaut zéro, et chaque signe dépend de l’orientation de la tension par rapport au parcours choisi. L’expression fondée sur les courants décrit la loi des nœuds.

26. Un dipôle est soumis à une tension uAB(t)u_{AB}(t) et traversé par un courant i(t)i(t). Quelle relation donne sa puissance électrique reçue ?

P(t)=uAB(t)+i(t)P(t)=u_{AB}(t)+i(t)
P(t)=uAB(t)i(t)P(t)=u_{AB}(t)i(t)
P(t)=uAB(t)i(t)P(t)=\frac{u_{AB}(t)}{i(t)}
P(t)=uAB(t)−i(t)P(t)=u_{AB}(t)-i(t)

$$P(t)=u_{AB}(t)i(t)$$

Explication

La puissance électrique reçue est le produit instantané de la tension par le courant, soit P(t)=uAB(t)i(t)P(t)=u_{AB}(t)i(t), et elle s’exprime en watts. Le rapport entre tension et courant correspond plutôt à une résistance dans un contexte approprié, pas à la puissance.

27. Comment classer un dipôle dont la puissance reçue algébriquement vérifie P(t)<0P(t)<0 ?

Comme un dipôle sans échange d’énergie avec le circuit.
Comme un récepteur, car il absorbe de l’énergie du circuit.
Comme un générateur, car il fournit de l’énergie au circuit.
Comme un conducteur ohmique, quelle que soit sa tension.

Comme un générateur, car il fournit de l’énergie au circuit.

Explication

Une puissance reçue négative signifie que le dipôle restitue de l’énergie au reste du circuit : il fonctionne alors comme un générateur. Un récepteur correspond à une puissance reçue positive.

28. En convention récepteur, quelle expression représente la puissance électrique reçue par un dipôle soumis à UU et traversé par II ?

P=UIP=UI
P=U+IP=U+I
P=UIP=\frac{U}{I}
P=U−IP=U-I

$$P=UI$$

Explication

En convention récepteur, la puissance reçue algébrique est le produit de la tension et du courant orientés selon cette convention, soit P=UIP=UI. Le quotient U/IU/I peut représenter une résistance dans certaines conditions, mais il ne donne pas la puissance.

Révisez avec les flashcards

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Qu'est-ce que le nombre de masse A dans un noyau atomique ?

Le nombre total de nucléons, protons plus neutrons.

Que représente le nombre atomique Z dans un atome ?

Le nombre total de protons du noyau.

Qu'est-ce qu'un isotope d'un élément chimique ?

Une forme avec un nombre différent de neutrons.

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