QCM : Circuits électriques en régime stationnaire — 31 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique décrit un régime stationnaire dans un circuit électrique ?

La tension s’annule aux bornes des dipôles et les charges circulent sans interruption
L’intensité varie avec le temps, tandis que la tension reste uniforme dans le circuit
L’intensité et la tension restent indépendantes du temps, sans accumulation de charges
Les charges s’accumulent progressivement, alors que l’intensité conserve une valeur constante

L’intensité et la tension restent indépendantes du temps, sans accumulation de charges

Explication

Un régime stationnaire associe une intensité et une tension indépendantes du temps à l’absence d’accumulation de charges. Une accumulation progressive caractérise au contraire un régime non stationnaire.

2. Quelle propriété distingue la charge électrique d’une grandeur pouvant varier continûment sans contrainte ?

Elle est quantifiée, additive et conservée pour un système isolé
Elle est mesurée en ampères et dépend directement de la durée d’observation
Elle est définie par une différence de potentiel entre deux points du circuit
Elle varie continûment avec la position et s’exprime en volts

Elle est quantifiée, additive et conservée pour un système isolé

Explication

La charge électrique est une propriété algébrique, additive, quantifiée et conservée pour un système isolé; elle s’exprime en coulombs. Une différence de potentiel correspond à une tension, et non à une charge.

3. Un objet porte une charge correspondant à N=5N=5 charges élémentaires positives. Quelle expression donne sa charge électrique ?

q=5+e=6,6×1019 Cq=5+e=6,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}
q=5e=8,0×1019 Cq=5e=8,0\times10^{-19}\ \mathrm{C}
q=5e=3,1×1019 Cq=\frac{5}{e}=3,1\times10^{19}\ \mathrm{C}
q=e5=3,2×1020 Cq=\frac{e}{5}=3,2\times10^{-20}\ \mathrm{C}

$$q=5e=8,0\times10^{-19}\ \mathrm{C}$$

Explication

La quantification de la charge impose q=Neq=Ne; avec e=1,6×1019 Ce=1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C} et N=5N=5, on obtient q=8,0×1019 Cq=8,0\times10^{-19}\ \mathrm{C}. Diviser par cinq ne respecte pas la relation de quantification.

4. Quelle comparaison entre conducteurs, isolants et semi-conducteurs est correcte dans les conditions usuelles ?

Les isolants ont le plus de porteurs mobiles, les conducteurs une densité intermédiaire, et les semi-conducteurs une densité élevée
Les conducteurs ont des porteurs mobiles, les isolants en ont peu ou pas, et les semi-conducteurs ont une densité intermédiaire
Les semi-conducteurs ont une densité fixe, alors que les conducteurs et les isolants varient principalement avec le dopage
Les conducteurs et les isolants ont une densité comparable, tandis que les semi-conducteurs ne possèdent aucun porteur

Les conducteurs ont des porteurs mobiles, les isolants en ont peu ou pas, et les semi-conducteurs ont une densité intermédiaire

Explication

Les conducteurs possèdent des porteurs mobiles, les isolants n’en possèdent pas de mobiles dans les conditions usuelles, et les semi-conducteurs ont une densité intermédiaire. Cette densité des semi-conducteurs dépend notamment de la température et du dopage.

5. Quelle valeur caractérise approximativement la densité d’électrons de conduction dans un métal ?

De l’ordre de 1028 cm310^{28}\ \mathrm{cm^{-3}}, soit environ 1034 m310^{34}\ \mathrm{m^{-3}}
De l’ordre de 1010 cm310^{10}\ \mathrm{cm^{-3}}, soit environ 1016 m310^{16}\ \mathrm{m^{-3}}
De l’ordre de 1016 cm310^{16}\ \mathrm{cm^{-3}}, soit environ 1022 m310^{22}\ \mathrm{m^{-3}}
De l’ordre de 1022 cm310^{22}\ \mathrm{cm^{-3}}, soit environ 1028 m310^{28}\ \mathrm{m^{-3}}

De l’ordre de $$10^{22}\ \mathrm{cm^{-3}}$$, soit environ $$10^{28}\ \mathrm{m^{-3}}$$

Explication

Dans les métaux, la densité d’électrons de conduction est de l’ordre de 1022 cm310^{22}\ \mathrm{cm^{-3}}, ce qui correspond à 1028 m310^{28}\ \mathrm{m^{-3}}. La valeur 1010 cm310^{10}\ \mathrm{cm^{-3}} est associée à l’ordre de grandeur des porteurs dans les semi-conducteurs.

6. Que mesure l’intensité du courant électrique à travers une section de conducteur ?

La différence de potentiel entre les deux extrémités de cette section
Le nombre de porteurs mobiles présents dans le conducteur par unité de volume
La quantité totale de charge stockée dans le conducteur à un instant donné
Le débit de charge traversant cette section par unité de temps

Le débit de charge traversant cette section par unité de temps

Explication

L’intensité mesure la quantité de charge qui traverse une section droite par unité de temps : c’est donc un débit de charge. La quantité totale de charge est une grandeur distincte de l’intensité.

7. Une charge de 6 C6\ \mathrm{C} traverse une section de conducteur en 2 s2\ \mathrm{s} avec un débit constant. Quelle est l’intensité du courant ?

12 A12\ \mathrm{A}
3 A3\ \mathrm{A}
8 A8\ \mathrm{A}
0,33 A0,33\ \mathrm{A}

$$3\ \mathrm{A}$$

Explication

Pour un débit constant, i=ΔqΔt=6 C2 s=3 Ai=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{6\ \mathrm{C}}{2\ \mathrm{s}}=3\ \mathrm{A}. L’ampère correspond à un coulomb par seconde, et non à un coulomb multiplié par une seconde.

8. Comment exprime-t-on la tension électrique entre les points A et B ?

Comme la différence de potentiel UAB=VAVBU_{AB}=V_A-V_B, qui peut mettre les électrons en mouvement
Comme le potentiel d’un point isolé UAB=VAU_{AB}=V_A, sans référence à B
Comme la somme des potentiels UAB=VA+VBU_{AB}=V_A+V_B, qui fixe le débit de charge
Comme le rapport entre la charge et le temps UAB=q/tU_{AB}=q/t, exprimé en ampères

Comme la différence de potentiel $$U_{AB}=V_A-V_B$$, qui peut mettre les électrons en mouvement

Explication

La tension entre A et B est définie par UAB=VAVBU_{AB}=V_A-V_B et peut être responsable de la mise en mouvement des électrons. Le potentiel est défini en un point par rapport à une référence, tandis que l’expression q/tq/t décrit une intensité.

9. Comment branche-t-on les appareils pour mesurer correctement l’intensité et la tension d’un dipôle ?

L’ampèremètre se branche en série et le voltmètre en dérivation
Les deux appareils se branchent en série avec le dipôle étudié
L’ampèremètre se branche en dérivation et le voltmètre en série
Les deux appareils se branchent en dérivation aux bornes du dipôle

L’ampèremètre se branche en série et le voltmètre en dérivation

Explication

L’ampèremètre doit être traversé par le courant à mesurer, donc il se branche en série; le voltmètre compare les potentiels aux bornes du dipôle, donc il se branche en dérivation. Inverser ces branchements ne correspond pas à leur mode normal de mesure.

10. Un dipôle est traversé par un courant iABi_{A\to B} sous une tension uABu_{AB}. Quelle expression donne la puissance électrique reçue par ce dipôle ?

P=iABuABP=\dfrac{i_{A\to B}}{u_{AB}}
P=uABiABP=\dfrac{u_{AB}}{i_{A\to B}}
P=uABiABP=u_{AB}i_{A\to B}
P=uAB+iABP=u_{AB}+i_{A\to B}

$$P=u_{AB}i_{A\to B}$$

Explication

La puissance reçue par le dipôle est le produit de la tension uABu_{AB} par le courant iABi_{A\to B}, soit P=uABiABP=u_{AB}i_{A\to B}. Les quotients et la somme ne correspondent pas à la relation de puissance électrique donnée.

11. Comment distingue-t-on un dipôle récepteur d’un dipôle générateur dans la convention récepteur ?

Le récepteur cède de l’énergie et sa puissance est négative, tandis que le générateur reçoit de l’énergie et sa puissance est positive.
Le récepteur reçoit de l’énergie et sa puissance est positive, tandis que le générateur cède de l’énergie et sa puissance est négative.
Le récepteur et le générateur reçoivent tous deux de l’énergie avec une puissance positive.
Le récepteur et le générateur cèdent tous deux de l’énergie avec une puissance négative.

Le récepteur reçoit de l’énergie et sa puissance est positive, tandis que le générateur cède de l’énergie et sa puissance est négative.

Explication

Dans la convention récepteur, un dipôle récepteur absorbe de l’énergie et possède une puissance positive, alors qu’un générateur fournit de l’énergie et possède une puissance négative. La confusion consiste à inverser les rôles énergétiques et les signes des deux dipôles.

12. Dans quelle interprétation la grandeur uiui représente-t-elle une puissance fournie par un dipôle ?

Dans la convention générateur
Dans la convention récepteur
Dans une convention sans orientation
Dans une convention définie par le nombre de branches

Dans la convention générateur

Explication

En convention générateur, le produit uiui est interprété comme la puissance fournie par le dipôle. En convention récepteur, ce même produit représente la puissance reçue.

13. Quelle propriété permet de distinguer deux dipôles en série de deux dipôles en parallèle ?

En série, ils sont parcourus par le même courant ; en parallèle, ils ont la même tension à leurs bornes.
En série, ils ont la même tension ; en parallèle, ils sont parcourus par le même courant.
En série, leurs bornes sont reliées deux à deux ; en parallèle, ils appartiennent à une même branche.
En série, ils forment un contour fermé ; en parallèle, ils définissent un point de jonction.

En série, ils sont parcourus par le même courant ; en parallèle, ils ont la même tension à leurs bornes.

Explication

Des dipôles en série se trouvent dans une même branche et sont traversés par le même courant, tandis que des dipôles en parallèle ont leurs bornes reliées deux à deux et partagent la même tension. Les autres propositions intervertissent les propriétés des deux associations ou décrivent d’autres éléments du vocabulaire des circuits.

14. Quelle définition correspond à un nœud dans un circuit électrique ?

Une paire de bornes soumises à une même tension
Une branche contenant deux dipôles parcourus par un courant
Un contour fermé formé par plusieurs branches
Un point de jonction d’au moins trois fils

Un point de jonction d’au moins trois fils

Explication

Un nœud est un point où se rejoignent au moins trois fils. Un contour fermé désigne une maille, tandis qu’une branche et une tension commune caractérisent d’autres notions du circuit.

15. Quelle grandeur intervient dans l’écriture de la loi des nœuds ?

Les courants entrants et sortants, affectés de signes opposés
Les puissances reçues par les dipôles d’une branche
Les tensions orientées le long d’un contour fermé
Les résistances associées aux différents composants

Les courants entrants et sortants, affectés de signes opposés

Explication

La loi des nœuds traduit la conservation de la charge et additionne algébriquement les courants entrants et sortants selon k=1nεkik=0\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k i_k=0. Les tensions orientées relèvent de la loi des mailles, ce qui constitue la confusion la plus courante.

16. Après avoir choisi une orientation arbitraire d’une maille, quelle relation exprime la loi des mailles ?

k=1nεkik=0\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k i_k=0
k=1nukik=0\sum_{k=1}^{n}u_k i_k=0
k=1nεkuk=0\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k u_k=0
k=1nεkPk=0\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k P_k=0

$$\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k u_k=0$$

Explication

La loi des mailles découle de la continuité du potentiel et impose que la somme algébrique des tensions orientées soit nulle, soit k=1nεkuk=0\sum_{k=1}^{n}\varepsilon_k u_k=0. La somme algébrique des courants appartient à la loi des nœuds.

17. Quelle relation caractérise un dipôle linéaire entre sa tension uu et son courant ii ?

Une relation exponentielle entre uu et ii
Une relation constante entre uu et ii
Une relation affine de la forme i=au+bi=au+b
Une relation limitée aux valeurs positives de uu

Une relation affine de la forme $$i=au+b$$

Explication

Un dipôle est linéaire lorsque sa caractéristique suit une relation affine i=au+bi=au+b. Une relation exponentielle ou une simple restriction de signe décrit d’autres propriétés, pas le critère de linéarité.

18. Quelle propriété distingue un dipôle actif d’un dipôle passif ?

Le dipôle actif possède une caractéristique passant par l’origine, contrairement au dipôle passif
Le dipôle actif respecte nécessairement une relation affine, contrairement au dipôle passif
Le dipôle actif peut fonctionner comme un générateur, contrairement au dipôle passif
Le dipôle actif dissipe une puissance positive, contrairement au dipôle passif

Le dipôle actif peut fonctionner comme un générateur, contrairement au dipôle passif

Explication

Un dipôle actif peut se comporter comme un générateur, alors qu’un dipôle passif en est incapable. Le passage par l’origine caractérise ici le dipôle passif, et non le dipôle actif.

19. Quel dipôle obéit, en convention récepteur, à la loi u=Riu=Ri ?

Un conducteur ohmique, dipôle passif linéaire
Un générateur réel, dipôle actif non linéaire
Une source idéale de tension, dipôle actif
Une diode, dipôle passif non linéaire

Un conducteur ohmique, dipôle passif linéaire

Explication

Le conducteur ohmique est un dipôle passif linéaire vérifiant la loi d’Ohm u=Riu=Ri en convention récepteur. La diode est passive mais non linéaire, tandis que les sources sont des dipôles actifs.

20. Un conducteur ohmique est traversé par un courant ii et soumis à une tension uu en convention récepteur. Quelle expression représente sa puissance dissipée par effet Joule ?

P=u+i=R+iP=u+i=R+i
P=ui=Ri2=u2RP=ui=Ri^2=\frac{u^2}{R}
P=RuiP=\frac{R}{u i}
P=ui=RiP=\frac{u}{i}=R i

$$P=ui=Ri^2=\frac{u^2}{R}$$

Explication

La puissance dissipée par effet Joule s’écrit P=ui=Ri2=u2RP=ui=Ri^2=\frac{u^2}{R} et elle est positive en convention récepteur. Le quotient u/iu/i correspond à une résistance, pas à une puissance.

21. Deux résistances R1R_1 et R2R_2 sont branchées en série. Quelle est leur résistance équivalente ?

Req=R1R2R1+R2R_{eq}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}
Req=R1R2R_{eq}=R_1R_2
Req=1R1+1R2R_{eq}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}
Req=R1+R2R_{eq}=R_1+R_2

$$R_{eq}=R_1+R_2$$

Explication

Pour une association en série, les résistances s’additionnent, donc Req=R1+R2R_{eq}=R_1+R_2. Le produit divisé par la somme est lié à deux résistances en parallèle.

22. Deux résistances positives sont branchées en parallèle. Quelle affirmation concernant leur résistance équivalente est correcte ?

Elle est supérieure à chacune des deux résistances
Elle est égale à la somme des deux résistances
Elle est inférieure à chacune des deux résistances
Elle est égale à la différence des deux résistances

Elle est inférieure à chacune des deux résistances

Explication

En parallèle, 1Req=1R1+1R2\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}, ce qui donne une résistance équivalente inférieure à chacune des résistances. L’addition des résistances correspond à une association en série.

23. Quelle grandeur une source idéale de tension impose-t-elle, quelle que soit l’intensité fournie ?

Une tension constante à ses bornes
Une intensité constante dans le circuit
Une résistance constante dans le générateur
Une puissance constante dans la charge

Une tension constante à ses bornes

Explication

Une source idéale de tension impose une tension constante, indépendamment de l’intensité. C’est une source idéale de courant qui impose une intensité constante, quelle que soit la tension.

24. Comment le modèle de Thévenin représente-t-il un générateur réel ?

Par une source idéale de courant de f.é.m. EE en parallèle avec une résistance interne
Par une source idéale de tension de f.é.m. EE en série avec une résistance interne
Par une résistance seule dont la valeur dépend du courant
Par deux sources idéales de tension montées en parallèle

Par une source idéale de tension de f.é.m. $$E$$ en série avec une résistance interne

Explication

Le modèle de Thévenin associe une source idéale de tension de f.é.m. EE et une résistance interne en série. Une source idéale de courant relève d’une autre représentation équivalente, mais ne décrit pas directement le modèle demandé.

25. Quelle combinaison de propriétés décrit correctement une diode ?

Un dipôle passif linéaire obéissant à u=Riu=Ri
Un dipôle actif linéaire à base de conducteurs métalliques
Un dipôle passif non linéaire à base de semi-conducteurs
Un dipôle actif non linéaire constitué d’une résistance idéale

Un dipôle passif non linéaire à base de semi-conducteurs

Explication

Une diode est un dipôle passif non linéaire fabriqué à partir de semi-conducteurs. Le conducteur ohmique, et non la diode, est passif et linéaire avec une caractéristique décrite par u=Riu=Ri.

26. Dans le modèle simplifié d’une diode, dans quelle situation est-elle passante ?

Lorsqu’elle présente une tension nulle et un courant négatif
Lorsqu’elle est soumise à une tension inverse u<0u<0
Lorsqu’elle est parcourue par un courant direct i>0i>0
Lorsqu’elle est parcourue par un courant nul et une tension positive

Lorsqu’elle est parcourue par un courant direct $$i>0$$

Explication

Dans le modèle simplifié, la diode est passante pour un courant direct i>0i>0. Une tension inverse u<0u<0 correspond à son état bloquant dans ce modèle.

27. Que représente le point de fonctionnement d’un circuit associant un générateur et un récepteur en régime stationnaire ?

La résistance interne mesurée aux bornes du générateur
Le courant nul obtenu lorsque le récepteur est déconnecté
Le couple de tension et de courant communs au générateur et au récepteur
La tension maximale que peut fournir le générateur sans récepteur

Le couple de tension et de courant communs au générateur et au récepteur

Explication

Le point de fonctionnement est le couple (u,i)(u,i) commun au générateur et au récepteur en régime stationnaire. Il ne désigne ni la tension à vide, ni le courant nul, ni la résistance interne du générateur.

28. Dans un pont diviseur de tension constitué de deux résistances en série, comment exprimer la tension aux bornes de la résistance RkR_k en fonction de la tension totale uu ?

uk=GkG1+G2uu_k=\frac{G_k}{G_1+G_2}u
uk=R1+R2Rkuu_k=\frac{R_1+R_2}{R_k}u
uk=RkR1R2uu_k=\frac{R_k}{R_1R_2}u
uk=RkR1+R2uu_k=\frac{R_k}{R_1+R_2}u

$$u_k=\frac{R_k}{R_1+R_2}u$$

Explication

Dans un montage en série, la tension se répartit proportionnellement aux résistances, d’où uk=RkR1+R2uu_k=\frac{R_k}{R_1+R_2}u. L’expression utilisant les conductances correspond au diviseur de courant en parallèle.

29. Deux résistances en parallèle sont traversées par un courant total ii. Quelle relation donne le courant dans la branche associée à la conductance GkG_k ?

ik=RkR1+R2ii_k=\frac{R_k}{R_1+R_2}i
ik=GkG1+G2ii_k=\frac{G_k}{G_1+G_2}i
ik=R1+R2Rkii_k=\frac{R_1+R_2}{R_k}i
ik=G1+G2Gkii_k=\frac{G_1+G_2}{G_k}i

$$i_k=\frac{G_k}{G_1+G_2}i$$

Explication

Dans un parallèle, le courant se divise proportionnellement aux conductances, avec Gk=1/RkG_k=1/R_k, ce qui donne ik=GkG1+G2ii_k=\frac{G_k}{G_1+G_2}i. La relation fondée sur les résistances décrit le diviseur de tension en série.

30. Une maille contient un générateur réel de f.é.m. ee et de résistance interne rr, ainsi que deux résistances R1R_1 et R2R_2 en série. Quelle expression donne le courant de maille ?

i=er+R1+R2i=\frac{e}{r+R_1+R_2}
i=r+R1+R2ei=\frac{r+R_1+R_2}{e}
i=eR1+R2ri=\frac{e}{R_1+R_2-r}
i=erR1R2i=\frac{e}{rR_1R_2}

$$i=\frac{e}{r+R_1+R_2}$$

Explication

La loi de Pouillet additionne les résistances en série, y compris la résistance interne du générateur, ce qui conduit à i=er+R1+R2i=\frac{e}{r+R_1+R_2}. Soustraire la résistance interne ne correspond pas au comportement d’une maille série réelle.

31. Dans un circuit linéaire comportant plusieurs sources, comment déterminer la tension ou le courant total par superposition ?

Calculer la contribution de chaque source avec toutes les autres sources encore actives
Conserver une seule source active et attribuer sa contribution au signal total
Remplacer chaque source par une résistance puis additionner les courants obtenus
Additionner algébriquement les contributions produites par chaque source seule, les autres étant éteintes

Additionner algébriquement les contributions produites par chaque source seule, les autres étant éteintes

Explication

Le principe de superposition consiste à calculer séparément l’effet de chaque source, les autres étant éteintes, puis à additionner algébriquement les contributions. Garder toutes les sources actives empêcherait d’isoler leur influence individuelle.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 58 flashcards sur Circuits électriques en régime stationnaire.

Qu'est-ce que le régime stationnaire en électricité ?

Un régime où intensité et tension sont constantes dans le temps sans accumulation de charges.

Quelle est la nature de la charge électrique ?

Une propriété fondamentale, algébrique, additive, quantifiée et conservée.

En quelle unité s'exprime la charge électrique ?

En coulombs.

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