QCM : Électricité en régime sinusoïdal (23 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une ligne triphasée transporte un courant II avec un déphasage φ\varphi et possède une résistance RR ainsi qu’une réactance XX. Quelle expression donne sa chute de tension ?

ΔU=3⋅(R⋅I⋅cos⁡(φ)+X⋅I⋅sin⁡(φ))\Delta U = 3 \cdot (R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi))
ΔU=R⋅I⋅cos⁡(φ)+X⋅I⋅sin⁡(φ)\Delta U = R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi)
ΔU=3⋅(R⋅I⋅cos⁡(φ)+X⋅I⋅sin⁡(φ))\Delta U = \sqrt{3} \cdot (R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi))
ΔU=3⋅(R⋅I⋅sin⁡(φ)+X⋅I⋅cos⁡(φ))\Delta U = \sqrt{3} \cdot (R \cdot I \cdot \sin(\varphi) + X \cdot I \cdot \cos(\varphi))

$$\Delta U = \sqrt{3} \cdot (R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi))$$

Explication

La formule triphasée multiplie par 3\sqrt{3} la somme des contributions résistive et réactive. La même somme sans ce facteur correspond à l’expression monophasée.

2. Une installation améliore son facteur de puissance cos⁡(φ)\cos(\varphi) en le rapprochant de 1. Quel effet cela a-t-il sur la puissance réactive absorbée QQ ?

Elle devient égale à la puissance active, car les deux puissances se confondent.
Elle augmente, car un facteur de puissance plus élevé exige davantage de puissance réactive.
Elle diminue, car l’amélioration du facteur de puissance réduit la puissance réactive absorbée.
Elle reste constante, car le facteur de puissance ne modifie pas la puissance réactive.

Elle diminue, car l’amélioration du facteur de puissance réduit la puissance réactive absorbée.

Explication

Rapprocher cos⁡(φ)\cos(\varphi) de 1 revient à réduire la puissance réactive absorbée par l’installation. Une hausse de la puissance réactive est donc l’effet inverse de la compensation recherchée.

3. Pour un récepteur monophasé de tension UU, de courant II et de déphasage φ\varphi, quelles formules donnent respectivement la puissance active PP et la puissance réactive QQ ?

P=U⋅IP = U \cdot I et Q=U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = U \cdot I \cdot \sin(\varphi)
P=U⋅I⋅sin⁡(φ)P = U \cdot I \cdot \sin(\varphi) et Q=U⋅I⋅cos⁡(φ)Q = U \cdot I \cdot \cos(\varphi)
P=3⋅U⋅I⋅cos⁡(φ)P = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos(\varphi) et Q=3⋅U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin(\varphi)
P=U⋅I⋅cos⁡(φ)P = U \cdot I \cdot \cos(\varphi) et Q=U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = U \cdot I \cdot \sin(\varphi)

$$P = U \cdot I \cdot \cos(\varphi)$$ et $$Q = U \cdot I \cdot \sin(\varphi)$$

Explication

En monophasé, la puissance active est associée au cosinus du déphasage et la puissance réactive au sinus, chacune multipliée par U⋅IU \cdot I. Le facteur 3\sqrt{3} appartient aux formules triphasées équilibrées.

4. Deux signaux de même période TT sont séparés dans le temps de Δt\Delta t ; comment calcule-t-on leur déphasage en radians ?

φ=Δt2⋅π⋅T\varphi = \frac{\Delta t}{2 \cdot \pi \cdot T}
φ=T2⋅π⋅Δt\varphi = \frac{T}{2 \cdot \pi \cdot \Delta t}
φ=2⋅π⋅TΔt\varphi = \frac{2 \cdot \pi \cdot T}{\Delta t}
φ=2⋅π⋅ΔtT\varphi = \frac{2 \cdot \pi \cdot \Delta t}{T}

$$\varphi = \frac{2 \cdot \pi \cdot \Delta t}{T}$$

Explication

Le déphasage est le produit de la pulsation par le décalage temporel, soit φ=2⋅π⋅ΔtT\varphi = \frac{2 \cdot \pi \cdot \Delta t}{T}. Inverser TT et Δt\Delta t ne représente pas la relation entre décalage temporel et phase.

5. Un signal effectue 50 périodes chaque seconde : quelle grandeur vaut alors 50 hertz ?

Son déphasage
Sa période
Sa pulsation
Sa fréquence

Sa fréquence

Explication

La fréquence mesure le nombre de périodes effectuées par seconde et s’exprime en hertz. La période, elle, est une durée exprimée en secondes.

6. En monophasé, comment calcule-t-on la chute de tension lorsque la ligne possède une résistance RR, une réactance XX et transporte un courant II de déphasage φ\varphi ?

ΔU=R⋅I⋅sin⁡(φ)+X⋅I⋅cos⁡(φ)\Delta U = R \cdot I \cdot \sin(\varphi) + X \cdot I \cdot \cos(\varphi)
ΔU=3⋅(R⋅I⋅cos⁡(φ)+X⋅I⋅sin⁡(φ))\Delta U = \sqrt{3} \cdot (R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi))
ΔU=R⋅I2⋅cos⁡(φ)+X⋅I2⋅sin⁡(φ)\Delta U = R \cdot I^2 \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I^2 \cdot \sin(\varphi)
ΔU=R⋅I⋅cos⁡(φ)+X⋅I⋅sin⁡(φ)\Delta U = R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi)

$$\Delta U = R \cdot I \cdot \cos(\varphi) + X \cdot I \cdot \sin(\varphi)$$

Explication

En monophasé, la chute de tension additionne la contribution résistive pondérée par le cosinus et la contribution réactive pondérée par le sinus. Le facteur 3\sqrt{3} intervient dans la formule triphasée, pas dans cette expression monophasée.

7. Un appareil de puissance constante PP fonctionne pendant une durée tt ; quelle relation donne l’énergie consommée ?

W=PtW = \frac{P}{t}
W=P⋅tW = P \cdot t
W=tPW = \frac{t}{P}
W=P+tW = P + t

$$W = P \cdot t$$

Explication

L’énergie consommée ou produite est le produit de la puissance par la durée de fonctionnement. Diviser la puissance par le temps ne donne pas la relation énergie-puissance-durée.

8. Plusieurs récepteurs sont branchés en parallèle. Selon le théorème de Boucherot, comment obtient-on les puissances active et réactive totales ?

On calcule la puissance apparente de chaque récepteur, puis on additionne ces valeurs pour obtenir les deux totaux.
On additionne les puissances actives et, séparément, les puissances réactives de tous les récepteurs.
On additionne les puissances apparentes des récepteurs pour obtenir PtotaleP_{\text{totale}} et QtotaleQ_{\text{totale}}.
On additionne les puissances actives, mais on soustrait les puissances réactives des récepteurs.

On additionne les puissances actives et, séparément, les puissances réactives de tous les récepteurs.

Explication

Le théorème de Boucherot donne la puissance active totale comme somme des puissances actives, et la puissance réactive totale comme somme des puissances réactives. Additionner les puissances apparentes ne fournit pas directement ces deux totaux.

9. Dans un circuit monophasé de résistance RR parcouru par un courant II, quelle expression donne les pertes Joule PjP_j ?

Pj=3⋅R⋅I2P_j = \sqrt{3} \cdot R \cdot I^2
Pj=R⋅IP_j = R \cdot I
Pj=3⋅R⋅I2P_j = 3 \cdot R \cdot I^2
Pj=R⋅I2P_j = R \cdot I^2

$$P_j = R \cdot I^2$$

Explication

En monophasé, les pertes Joule sont le produit de la résistance par le carré du courant. Le facteur 3 s’applique à la formule d’une ligne triphasée équilibrée à trois fils, et non à ce cas monophasé.

10. Quelle relation définit le facteur de puissance FpF_p et indique sa nature dimensionnelle ?

Fp=SPF_p = \frac{S}{P}, exprimé en volts-ampères
Fp=cos⁡(φ)=PSF_p = \cos(\varphi) = \frac{P}{S}, sans unité
Fp=QPF_p = \frac{Q}{P}, sans unité
Fp=sin⁡(φ)=QSF_p = \sin(\varphi) = \frac{Q}{S}, avec une unité de puissance

$$F_p = \cos(\varphi) = \frac{P}{S}$$, sans unité

Explication

Le facteur de puissance est le cosinus du déphasage et correspond au rapport entre la puissance active et la puissance apparente; il est sans unité. Le rapport Q/PQ/P peut caractériser un autre aspect du déphasage, mais ce n’est pas la définition du facteur de puissance donnée ici.

11. Pour une ligne triphasée équilibrée à trois fils, de résistance par ligne RligneR_{\text{ligne}} et parcourue par le courant IligneI_{\text{ligne}}, quelle formule décrit les pertes Joule totales ?

Pj=3⋅Rligne⋅IligneP_j = 3 \cdot R_{\text{ligne}} \cdot I_{\text{ligne}}
Pj=Rligne⋅Iligne2P_j = R_{\text{ligne}} \cdot I_{\text{ligne}}^2
Pj=3⋅Rligne⋅Iligne2P_j = 3 \cdot R_{\text{ligne}} \cdot I_{\text{ligne}}^2
Pj=3⋅Rligne⋅Iligne2P_j = \sqrt{3} \cdot R_{\text{ligne}} \cdot I_{\text{ligne}}^2

$$P_j = 3 \cdot R_{\text{ligne}} \cdot I_{\text{ligne}}^2$$

Explication

Dans une ligne triphasée équilibrée à trois fils, les pertes totales incluent un facteur 3, car les pertes des trois conducteurs sont prises en compte. La formule sans ce facteur correspond à une seule résistance parcourue par un courant, et omet ici la contribution des trois lignes.

12. Pour une installation de puissance active PP, comment calcule-t-on la puissance QcQ_c des condensateurs à installer pour passer de l’angle initial φinitiale\varphi_{\text{initiale}} à l’angle final φfinale\varphi_{\text{finale}} ?

Qc=P⋅(tan⁡(φinitiale)−tan⁡(φfinale))Q_c = P \cdot (\tan(\varphi_{\text{initiale}}) - \tan(\varphi_{\text{finale}}))
Qc=P⋅(cos⁡(φinitiale)−cos⁡(φfinale))Q_c = P \cdot (\cos(\varphi_{\text{initiale}}) - \cos(\varphi_{\text{finale}}))
Qc=P⋅(tan⁡(φinitiale)+tan⁡(φfinale))Q_c = P \cdot (\tan(\varphi_{\text{initiale}}) + \tan(\varphi_{\text{finale}}))
Qc=P⋅(tan⁡(φfinale)−tan⁡(φinitiale))Q_c = P \cdot (\tan(\varphi_{\text{finale}}) - \tan(\varphi_{\text{initiale}}))

$$Q_c = P \cdot (\tan(\varphi_{\text{initiale}}) - \tan(\varphi_{\text{finale}}))$$

Explication

La puissance des condensateurs se calcule en multipliant PP par la différence entre les tangentes des angles initial et final, dans cet ordre. Inverser cette différence change le signe et ne correspond pas à la formule de dimensionnement donnée.

13. Deux résistances R1R_1 et R2R_2 sont branchées en parallèle ; quelle expression calcule leur résistance équivalente ?

Req=R1+R2R_{\text{eq}} = R_1 + R_2
Req=R1⋅R2R1+R2R_{\text{eq}} = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}
Req=R1+R2R1⋅R2R_{\text{eq}} = \frac{R_1 + R_2}{R_1 \cdot R_2}
Req=R1−R2R1+R2R_{\text{eq}} = \frac{R_1 - R_2}{R_1 + R_2}

$$R_{\text{eq}} = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}$$

Explication

Pour deux résistances en parallèle, la résistance équivalente est leur produit divisé par leur somme. L’addition directe correspond au calcul pour des résistances en série.

14. Si la période d’un signal sinusoïdal est divisée par deux, que devient sa fréquence ?

Elle devient nulle, car la période a diminué
Elle est divisée par deux, puisque f=1Tf = \frac{1}{T}
Elle double, puisque f=1Tf = \frac{1}{T}
Elle reste identique, car période et fréquence sont indépendantes

Elle double, puisque $$f = \frac{1}{T}$$

Explication

La fréquence est l’inverse de la période : diminuer TT de moitié double donc ff. Une fréquence identique malgré un changement de période contredirait cette relation inverse.

15. Que représente la période TT d’un signal sinusoïdal ?

La durée d’un motif élémentaire du signal
Le décalage temporel entre deux signaux
Le nombre de motifs parcourus en une seconde
La vitesse angulaire du signal

La durée d’un motif élémentaire du signal

Explication

La période correspond au temps nécessaire pour qu’un motif élémentaire du signal se répète, et elle s’exprime en secondes. Le nombre de périodes par seconde décrit plutôt la fréquence.

16. Pour mesurer l’intensité du courant qui traverse un récepteur, comment faut-il brancher un ampèremètre ?

En dérivation aux bornes du récepteur, afin de relever son courant
En dérivation aux bornes de la source, afin de relever son intensité
En série dans la branche du récepteur, afin de mesurer le courant qui le traverse
En parallèle avec le récepteur, afin de mesurer sa tension

En série dans la branche du récepteur, afin de mesurer le courant qui le traverse

Explication

L’ampèremètre se place en série dans la branche où circule le courant à mesurer. Le branchement en dérivation est celui d’un voltmètre, destiné à mesurer une tension.

17. Trois résistances sont branchées en série ; quelle règle donne leur résistance équivalente ?

Req=1R1+1R2+1R3R_{\text{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}
Req=R1⋅R2⋅R3R1+R2+R3R_{\text{eq}} = \frac{R_1 \cdot R_2 \cdot R_3}{R_1 + R_2 + R_3}
Req=R1+R2+R3R_{\text{eq}} = R_1 + R_2 + R_3
Req=R1+R2+R33R_{\text{eq}} = \frac{R_1 + R_2 + R_3}{3}

$$R_{\text{eq}} = R_1 + R_2 + R_3$$

Explication

En série, la résistance équivalente est la somme des résistances de chaque composant. La formule produit-sur-somme concerne deux résistances en parallèle, et non un montage en série.

18. Dans un circuit triphasé équilibré, comment exprime-t-on les puissances active PP et réactive QQ à partir de UU, II et φ\varphi ?

P=3⋅U⋅I⋅cos⁡(φ)P = 3 \cdot U \cdot I \cdot \cos(\varphi) et Q=3⋅U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = 3 \cdot U \cdot I \cdot \sin(\varphi)
P=3⋅U⋅I⋅sin⁡(φ)P = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin(\varphi) et Q=3⋅U⋅I⋅cos⁡(φ)Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos(\varphi)
P=U⋅I⋅cos⁡(φ)P = U \cdot I \cdot \cos(\varphi) et Q=U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = U \cdot I \cdot \sin(\varphi)
P=3⋅U⋅I⋅cos⁡(φ)P = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos(\varphi) et Q=3⋅U⋅I⋅sin⁡(φ)Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin(\varphi)

$$P = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos(\varphi)$$ et $$Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin(\varphi)$$

Explication

En triphasé équilibré, les formules de PP et QQ comportent toutes deux le facteur 3\sqrt{3}, avec respectivement le cosinus et le sinus du déphasage. Les expressions dépourvues de ce facteur correspondent au cas monophasé.

19. Un conducteur a une longueur LL, une section SS et une résistivité ρ\rho ; quelle expression donne sa résistance ?

R=ρ⋅SLR = \rho \cdot \frac{S}{L}
R=Sρ⋅LR = \frac{S}{\rho \cdot L}
R=Lρ⋅SR = \frac{L}{\rho \cdot S}
R=ρ⋅LSR = \rho \cdot \frac{L}{S}

$$R = \rho \cdot \frac{L}{S}$$

Explication

La résistance est égale à la résistivité multipliée par la longueur, le tout divisé par la section. L’expression qui place la section au numérateur inverse son effet dans cette relation.

20. Quelle valeur en mètres carrés correspond à une section de 2,5 mm22{,}5\ \text{mm}^2 ?

2,5⋅10−9 m22{,}5 \cdot 10^{-9}\ \text{m}^2
2,5⋅106 m22{,}5 \cdot 10^{6}\ \text{m}^2
2,5⋅10−3 m22{,}5 \cdot 10^{-3}\ \text{m}^2
2,5⋅10−6 m22{,}5 \cdot 10^{-6}\ \text{m}^2

$$2{,}5 \cdot 10^{-6}\ \text{m}^2$$

Explication

Un millimètre carré équivaut à 10−6 m210^{-6}\ \text{m}^2, donc 2,5 mm22{,}5\ \text{mm}^2 correspondent à 2,5⋅10−6 m22{,}5 \cdot 10^{-6}\ \text{m}^2. L’exposant −3-3 correspond à une conversion linéaire en mètres, pas à une aire.

21. Pour mesurer la tension aux bornes d’un composant, comment faut-il brancher un voltmètre ?

En série avec le composant, afin de mesurer le courant qui le traverse
En dérivation avec la source, afin de mesurer le courant du composant
En série avec la source, afin de mesurer la tension du circuit
En dérivation aux bornes du composant, afin de mesurer la tension

En dérivation aux bornes du composant, afin de mesurer la tension

Explication

Un voltmètre se branche en dérivation, c’est-à-dire en parallèle avec l’élément dont on veut mesurer la tension. Le branchement en série est celui de l’ampèremètre, qui mesure l’intensité.

22. Une résistance pure est alimentée sous une tension efficace UU et traversée par un courant II ; quelle expression donne sa puissance active ?

P=UIP = \frac{U}{I}
P=U⋅IP = U \cdot I
P=U⋅I⋅sin⁡(φ)P = U \cdot I \cdot \sin(\varphi)
P=U+IP = U + I

$$P = U \cdot I$$

Explication

La puissance active générale est P=U⋅I⋅cos⁡(φ)P = U \cdot I \cdot \cos(\varphi), et pour une résistance pure cos⁡(φ)=1\cos(\varphi)=1, d’où P=U⋅IP=U \cdot I. L’expression avec le sinus ne correspond pas à la formule de puissance active.

23. Une résistance RR est parcourue par un courant II et soumise à une tension UU ; quelle expression équivalente donne sa puissance active ?

P=R⋅I2=U2RP = R \cdot I^2 = \frac{U^2}{R}
P=RI2=U2⋅RP = \frac{R}{I^2} = U^2 \cdot R
P=I2R=RU2P = \frac{I^2}{R} = \frac{R}{U^2}
P=R⋅I=URP = R \cdot I = \frac{U}{R}

$$P = R \cdot I^2 = \frac{U^2}{R}$$

Explication

Dans une résistance, la puissance active peut s’écrire R⋅I2R \cdot I^2 ou U2R\frac{U^2}{R}. Les expressions qui divisent la résistance par le carré du courant ou multiplient la tension au carré par la résistance inversent les relations.

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Que représente la période TT d’un signal sinusoïdal ?

La durée d’un motif élémentaire.

Que mesure la fréquence ff d’un signal sinusoïdal ?

Le nombre de périodes par seconde.

Quelle relation lie la fréquence ff à la période TT ?

f=1Tf = \frac{1}{T}

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