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Devoir 5
Voici les items des différentes compétences du « socle commun de connaissances et de
compétences » qui sont évalués dans ce devoir.
Compétence 3
Compétence 3 item 6
Nombres et calculs : connaître et utiliser les nombres entiers, décimaux et fractionnaires. Mener à bien un
calcul : mental, à la main, à la calculatrice, avec un ordinateur
Compétence 3 item 7
Géométrie : connaître et représenter des figures géométriques et des objets de l’espace. Utiliser leurs
propriétés
Compétence 3 item 8
Grandeurs et mesures : réaliser des mesures (longueurs, durées, …), calculer des valeurs (volumes, vitesses,
…) en utilisant différentes unités
Compétence 3 item 10
La matière : principales caractéristiques, états et transformations ; propriétés physiques et chimiques de la
matière et des matériaux ; comportement électrique, interactions avec la lumière
Compétence 3 item 13
Les objets techniques : analyse, conception et réalisation ; fonctionnement et conditions d’utilisation
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Devoir 5
Ce devoir comporte 6 exercices qui portent sur les séquences 4 et 5 (avec une feuille de documents
à détacher en fin de devoir). Les connaissances acquises lors de l’étude des séquences 4 et 5 sont
transposables dans le cadre de tout système étudié pour ce devoir.
Tu peux utiliser un logiciel de calcul pour t’aider dans la recherche des réponses aux questions des
exercices 5 et 6.
Conserve ce devoir, tu auras besoin de certaines informations pour les devoirs suivants.
Le thème de ce devoir basé autour d’un objet technique est :
Revue de projet
Anémomètre autonome
Avec le devoir 1, après avoir analysé un besoin, puis étudié les contraintes s’y rapportant, tu as
complété le cahier des charges fonctionnel d’un projet, un anémomètre. Puis avec le devoir 3, après
t’être approprié le cahier des charges fonctionnel, tu as recherché différentes solutions techniques
pour satisfaire les différentes fonctions techniques de ce projet.
Dans ce devoir, tu vas continuer à considérer l’étude de la réalisation de ce même produit, qui
devra respecter le cahier des charges établi dans l’exercice 8 du devoir 1 et tu imagineras que
tu travailles dans un collège, avec des camarades dans un groupe d’élèves, en tenant compte des
contraintes d’équipement d’une salle de technologie.
Exercice 1
(3 points)
1- Dans le cadre de la « démarche technologique de développement d’un projet », dans
les devoirs précédents, tu as mis en évidence différentes fonctions techniques. Après
avoir recherché et proposé plusieurs solutions techniques qui correspondent à une
même fonction technique, que faut-il faire ?
2- Quelle est la solution technique d’affichage qui permettra de répondre au cahier des
charges de l’anémomètre, pour satisfaire la fonction technique « Afficher » la vitesse
instantanée du vent ? Justifie ta réponse.
Rappels :
- Dans le devoir 1, avec l’élaboration du cahier des charges, il a été mis en évidence que la vitesse
maximale à mesurer est de 60 km/h et que l’affichage de la vitesse instantanée du vent doit
s’effectuer en km/h, avec un affichage à 1 km/h près.
- Dans le devoir 3, deux solutions techniques d’affichage de la vitesse ont été mises en évidence, un
affichage à cristaux liquides et un affichage avec six LED de couleurs différentes.
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Exercice 2
(2 points)
Document et information :
Voici un écran LCD.
Une plaque de verre est apposée sur l’écran LCD,
pour transmettre l’affichage (de la vitesse
instantanée du vent) et protéger l’écran.
© A4
Question :
Quelles sont les deux principales propriétés physiques, les plus importantes, pour le
choix de ce matériau (le verre), sur un écran LCD ?
Exercice 3
(4,5 points)
1- Tu vas rechercher la chaîne d’énergie du système d’affichage de la vitesse instantanée
du vent (hors système de rechargement des accumulateurs).
Découpe soigneusement la feuille entière, située à la fin du devoir. Tu complèteras les documents
au fur et à mesure de l’avancement de ton devoir.
Complète les différents blocs du « Document 1 », en associant les solutions techniques
énoncées aux différentes fonctions techniques de la chaîne d’énergie :
Afficheur / Verre / Carte de commande / Accumulateurs
2-À présent, regarde le « Document 2 » que tu vas devoir compléter. Ce document
montre le système dans sa globalité, il comprend donc également le système de
rechargement des accumulateurs.
Attention !
Pour ce système, c’est la carte de puissance qui va distribuer l’énergie pour recharger
les accumulateurs.
Le rechargement des accumulateurs est piloté par l’information envoyée de la carte de
commande vers la carte de puissance, ce qui permettra d’éviter de trop recharger les
accumulateurs et de les détériorer.
) pour indiquer le déplacement
Complète le « Document 2 » par quatre flèches (
du flux d’énergie du système dans sa globalité, (attention au sens des flèches !).
3-Parmi les différentes solutions techniques pour stocker l’énergie dans les
accumulateurs, laquelle conviendrait le mieux ? Justifie ta réponse.
Pour t’aider, tu peux revoir la séquence 4, séance 2, le paragraphe d’après l’exercice 11.
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Exercice 4
(4,5 points)
Document et information :
On souhaite choisir entre les deux solutions techniques déjà vues
en devoir 3 pour recharger les accumulateurs à l’aide d’un panneau
solaire photovoltaïque.
Avec le devoir 3 dans l’exercice 10, tu as vu qu’il existe différents
types de panneaux solaires photovoltaïques au silicium (dont
les panneaux solaires photovoltaïques au silicium amorphe ou
monocristallin).
© Extrait de www.solems.com, copyright SOLEMS
Voici les résultats de mesures concernant les deux types de panneaux solaires
photovoltaïques qui utilisent le même flux d’énergie solaire pour charger les
accumulateurs en plein soleil, à midi.
Pour comparer les résultats concernant les deux types de panneaux solaires, on
mesure, pour chacun, le courant de charge ainsi que la tension en charge.
Les deux panneaux solaires, de type différent, ont la même surface (100 × 100 mm2).
On rappelle que la puissance fournie (qui s’exprime en W), pour un élément de
panneau solaire photovoltaïque, alimenté en courant continu, est P = U × I avec I qui
s’exprime en ampère (A) et U qui s’exprime en volt (V).
Type de panneau solaire
photovoltaïque
Silicium amorphe
Silicium monocristallin
Courant (mA)
47
210
Tension (V)
5,5
5,0
Attention !
Pour appliquer la formule du calcul de la puissance fournie, P = U × I, il faudra
exprimer l’intensité du courant en ampère, or dans le tableau ci-dessus, elle est
exprimée en milliampères.
1 mA =
1 A
1000
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Questions :
1-Quel est le nom de l’opération mathématique à effectuer pour connaître la puissance
fournie, par élément, pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque ?
2- Quel outil informatique est-il possible d’utiliser pour trouver la puissance fournie, par
élément, pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque ?
3- a) Tu vas à présent comparer les puissances fournies, par élément, pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque.
Complète le « Document 3 » pour donner les expressions des formules1 à utiliser pour
calculer les deux puissances différentes fournies, par élément, pour les deux types de
panneaux.
b) Complète la ligne 4 du « Document 4 » pour donner les résultats obtenus au dixième.
4- a) La puissance fournie par le soleil à midi est d’environ 1 000 W/m².
Donne l’expression littérale du calcul de la puissance solaire reçue par la surface d’un
élément pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque, au soleil à midi.
b) Tu vas calculer la puissance solaire reçue par la surface d’un élément pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque, au soleil à midi.
Complète la ligne 5 du « Document 5 » pour donner l’expression de la formule1
à utiliser pour calculer la puissance solaire reçue par la surface d’un élément pour
chaque type de panneau solaire photovoltaïque, au soleil à midi.
Rappel : les deux panneaux solaires différents ont la même surface (100 × 100 m2)
c) Complète la ligne 5 du « Document 4 » pour donner le résultat obtenu.
5- a) Tu vas calculer le rendement pour chaque type de panneau solaire photovoltaïque.
Complète la ligne 6 du « Document 4 » pour donner le résultat des calculs du
rendement de chaque type de panneau solaire photovoltaïque (en arrondissant à
l’unité).
b) Quel est alors le type de panneau solaire photovoltaïque qui convient au cahier des charges ?
Exercice 6
(6 points)
Document et information :
Tu as terminé le choix des différentes solutions techniques, tu vas pouvoir étudier la
modélisation de la solution technique : le capteur de vent.
Il est possible d’utiliser le logiciel de modélisation volumique « SolidWorks ».
Même si tu n’as pas accès à un ordinateur, tu dois répondre aux questions posées, car les copies
d’écran montrent les actions à effectuer.
1 Pour cela, tu indiqueras les références des cellules qui interviennent dans les formules. Attention à la cohérence des unités.
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Pour étudier la modélisation du capteur de vent, tu vas étudier la modélisation d’une
des deux pièces. Tu supposeras que la modélisation d’une première pièce du capteur
de vent est déjà effectuée : les « coupelles » du capteur de vent.
La première pièce modélisée (coupelles)
se présente ainsi.
Le fichier de modélisation est sauvegardé
sous le nom : « coupelles ».
↓
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
Tu vas expliquer comment modéliser la seconde pièce, qui est le « support des
coupelles »,d’une hauteur de 35 mm.
Questions :
1- Indique à quoi correspondent chacune des cinq étapes qui suivent.
Tu peux t’aider des phrases en italique pour formuler tes réponses aux questions posées.
a) Étape 1
Indique sur quel
icône il faut
cliquer.
A
B
C
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
b) Étape 2
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
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c) Étape 3 :
Indique le nom de la dimension dont on a fait la cotation
(longueur, largeur, diamètre, rayon), puis donne sa valeur.
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
d) Étape 4 :
Indique le type de bossage (ajout ou enlèvement de matière) et la profondeur.
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
e) Étape 5
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
2-Une fois les deux pièces modélisées et sauvegardées (« support_coupelles » et
« coupelles »), que faut-il faire pour obtenir la modélisation du capteur de vent, dans
sa globalité ?
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Document et information pour la question 3 :
Tu vas expliquer la méthode pour effectuer l’assemblage virtuel des deux pièces du
capteur de vent, c’est-à-dire du « support des coupelles » avec les « coupelles ».
3-Indique par une phrase à quoi correspondent les quatre étapes qui suivent.
a) Étape 1
A
Indique sur quel icône
il faut cliquer.
B
C
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
b) Étape 2
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
c) Étape 3
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
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d) Étape 4
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Document et information pour la question 4
On souhaite positionner rapidement et précisément les deux
pièces modélisées.
Voici un exemple de modélisation des coupelles du capteur
de vent.
Cylindre de la coupelle du capteur de vent
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
4-Pour positionner rapidement et précisément les deux pièces modélisées, l’une par
rapport à l’autre, on utilise des contraintes pour les deux étapes (voir page suivante).
Tu répondras en donnant le nom de la contrainte à choisir parmi celles citées : une contrainte de coïncidence, une contrainte de parallélisme, une contrainte de perpendicularité, une contrainte de coaxialité.
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Devoir 5 – suite
a) Étape 1
Tu indiqueras le type de contrainte à utiliser entre le cylindre de la coupelle et le cylindre du support
des coupelles. Observe bien les icônes de la barre d’outils.
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
b) Étape 2
Tu indiqueras le type de contrainte à utiliser entre la surface du haut du cylindre du support des
coupelles et la surface de dessous du cylindre des coupelles. Observe bien les icônes de la barre
d’outils.
© Dassault Systèmes SolidWorks Corporation
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Page à découper et compléter puis à joindre à ton devoir 5
Devoir 5 : Document 1 pour l’exercice 3, question 1
"
Alimentater
……………………
→
Distribuer
……………………
……………………
→
→
Convertir
……………………
Transmettre
……………………
"
Devoir 5 : Document 2 pour l’exercice 3, question 2
Nom : ……………….…. Prénom : …..……….. Indicatif : ………………………..…..
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Devoir 5 – suite
"
Devoir 5 : Document 3 pour l’exercice 4, question 3 a)
Devoir 5 : Document 4 pour l’exercice 4, question 3 b), question 4 b) et question 5 a)
"
Devoir 5 : Document 5 pour l’exercice 4, question 4 b)
Nom : ……………….…. Prénom : …..……….. Indicatif : ………………………..……….
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