Chaînes d'énergie et d'information : exercices de 3e

On étudie un objet technique contenant : une batterie, un capteur tactile, un microcontrôleur, une LED et un afficheur.

Classe ces cinq constituants selon qu'ils appartiennent surtout à la chaîne d'énergie ou à la chaîne d'information.

L'énergie peut prendre plusieurs formes : électrique, mécanique, thermique, lumineuse.³ Pour chaque situation, indique la forme d'énergie obtenue en sortie :

1. une ampoule allumée ;
2. un radiateur électrique ;
3. un moteur qui fait tourner la roue d'un vélo électrique ;
4. un câble qui alimente la prise d'un chargeur.

Dans une chaîne d'information, on associe chaque composant à sa fonction.⁴ Relie chaque constituant à son rôle :

• capteur, microcontrôleur, interface, afficheur

rôles :

• A. recueillir une grandeur du milieu (température, contact…) ;
• B. exécuter le programme et décider ;
• C. adapter les signaux entre le microcontrôleur et le reste du système ;
• D. montrer une information à l'utilisateur.

Un portillon est équipé d'une gâche électrique¹ : un élément qui libère la porte quand on appuie sur un bouton. Le bouton de l'interphone est relié à une carte électronique, qui commande la gâche.

1. Dessine (ou écris sous forme de blocs) la chaîne d'information.
2. Écris la chaîne d'énergie en précisant la forme d'énergie à chaque étape (l'énergie vient du secteur).
3. Indique à quel endroit les deux chaînes se rejoignent.

Une mini-serre, objet souvent étudié en classe², doit maintenir une température acceptable pour des plantes. Elle contient : un capteur de température, une carte à microcontrôleur, un petit ventilateur, un afficheur, une interface de puissance et une batterie.

1. Range ces constituants dans la chaîne d'information ou la chaîne d'énergie.
2. Explique ce qui se passe quand la température dépasse la consigne.

Dans une station de vélos électriques¹, on imagine un éclairage à LED d'une puissance de 12 W qui reste allumé 5 heures.

On rappelle que l'énergie consommée vaut $E = P \times t$, avec $P$ en watts et $t$ en heures, donc $E$ en wattheures (Wh).

Calcule l'énergie consommée.

Un vélo électrique, comme ceux d'une station de location,¹ a une batterie de 36 V et de capacité 10 Ah. Son moteur consomme en moyenne 250 W.

On rappelle que l'énergie stockée vaut $E = U \times Q$ ($U$ en volts, $Q$ en ampères-heures, $E$ en Wh) et que la durée de fonctionnement vaut $t = E / P$.

Calcule la durée de fonctionnement, en heures.

Le moteur du vélo reçoit une puissance électrique de 250 W et fournit une puissance mécanique de 200 W.

On rappelle que le rendement vaut $\eta = \dfrac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}} \times 100$ (en %).

Calcule le rendement du moteur, en %. Que devient la puissance qui n'est pas utile ?

Une lampe tactile contient un capteur tactile, une LED, une batterie et une carte électronique.⁴ Quand on touche le capteur, la LED s'allume ; quand on touche à nouveau, elle s'éteint.

1. Écris la chaîne d'information.
2. Écris la chaîne d'énergie en indiquant les formes d'énergie.
3. Explique pourquoi la carte électronique apparaît dans les deux chaînes.