CH 07 PUISSANCE ET ENERGIE

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1 CH 07 PUISSANCE ET ENERGIE I- LA PUISSANCE 11- Puissance nominale d un appareil électrique 111- Donner la définition d une puissance nominale. Appareil Puissance nominale La puissance nominale d un appareil électrique est la puissance électrique qu il reçoit quand il est soumis à sa tension nominale 112- Quelle est l unité de la puissance? Son unité est le Watt (W) Quel est le symbole de la puissance? On note la puissance P 114- Donner les puissances nominales des appareils suivants. Veilleuse d appareils électriques Lampe fluocompacte Lampe à incandescence TV Ordinateur Four Moteur TGV 1W 15 W 60 W 150W 600 W 3 kw 8,8 MW 12- Relation entre Puissance, tension et intensité Livre (Hatier, 2008), p 175, Activité 2 Q1- A l aide de la vidéo, compléter le tableau suivant. Appareil Lampe L1 Lampe L2 Lampe L3 Puissance nominale (en W) 0,6 1,8 2,4 Tension aux bornes de l appareil (en V) 6,23 6,18 6,16 Intensité (en A) 0,098 0,302 0,365 U I 0,61 1,86 2,25 U / I 63,6 20,5 16,9 I / U 0,016 0,049 0,059 Q2- A l aide du tableau ci-dessus, en déduire la relation qui existe entre la tension, l intensité et la puissance. La puissance reçue par un appareil est égale au produit de la tension U entre ses bornes par l intensité I du courant qui le traverse. Watt (W) P = U I Ampère (A) Volt (V)

2 13- Puissance et sécurité 131-La taille des fils électriques Q1 : Qu'est ce qu'une surintensité? Q2 : A cause de quoi peut se produire une surintensité? (donner 2 raisons) Q3 : Que peut entraîner une surintensité? Q4 : Quel type de fil supporte mieux une surintensité? Q5 : Doit on mettre le même type de fil pour alimenter un four électrique d'une puissance de 2,4 kw et l'éclairage (d'une puissance de 600 W)? Justifier par un calcul.

3 Q1 : Il y a surintensité quand l intensité du courant dépasse une valeur qui n est pas supportable par le fil électrique. Q2 : Une surintensité peut être provoquée soit par un court-circuit soit quand on branche trop d appareils de grande puissance sur une multiprise. Q3 : Une surintensité entraîne l'échauffement du fil électrique (à cause de l'effet Joule), ce qui peut entraîner un incendie Q4 : Les fils de grosse section supportent mieux la surintensité Q5- Dans le ca s d'une tension alternative, on a P = U eff I eff. Donc I eff = P U eff Pour le four I = P U = =10,91 A Pour l'éclairage I = P U = =2,73 A Donc il faudra un fil de section plus importante pour le four que pour l'éclairage car l'intensité qui circule dans le fil alimentant le four est nettement supérieure à celle circulant dans le fil alimentant l'éclairage. 132-Le coupe circuit : un élément de sécurité indispensable Q6- Quels sont les 2 sortes de coupe circuit utilisé sur un tableau électrique? Quel est leur rôle? Q7- Comment un fusible peut protéger une installation électrique? Q8- Que faut il faire quand le disjoncteur a «sauté» ou que le fusible a «fondu»? Q6- Les coupe-circuits (fusible et disjoncteur) protègent l installation électrique en ouvrant le circuit quand l intensité dépasse la valeur maximale admissible par l installation. Q7- Le fil à l'intérieur du fusible (dans l'ampoule en verre) s'échauffe puis fond. Ce fil se casse (donc le circuit est ouvert) avant que les fils électriques aient eu le temps de s'échauffer Q8- Il faut d abord trouver la cause de la surintensité avant de mettre un fusible neuf ou de réenclencher le disjoncteur. II- ENERGIE ÉLECTRIQUE 21- De quoi dépend l énergie? Q1- Avec quel appareil consomme-t-on le plus d énergie pour une même durée d utilisation : un four d une puissance de 3,5 kw ou une lampe fluocompacte de 15 W? Que pouvez vous en conclure? On consomme plus d énergie avec le four. On en conclue que l énergie consommée est d autant plus importante que la puissance de l appareil est grande. Q2- On a 2 lampes fluocompactes de 15 W. La première lampe fonctionne 2 heures et la 2 ème lampe fonctionne 1 heure. Quelle lampe a consommé le plus d énergie? Que pouvez vous en conclure? On consomme plus d énergie avec la lampe qui a fonctionné le plus longtemps (la 1 ère ). On en conclue que l énergie consommée est d autant plus importante que l appareil fonctionne longtemps. Q3- De quoi dépend l énergie consommée? On constate que l énergie consommée dépend de la puissance de l appareil et de la durée d utilisation de l appareil.

4 22- Relation énergie / puissance Q1- Que signifie l indication C = 2 Wh / tour Cela signifie qu a chaque tour de disque, une énergie de 2 Wh a été consommée. Q2- Combien de tours a fait la roue du compteur pendant la vidéo? En déduire alors l énergie consommée (en Wh) par l appareil de chauffage pendant la vidéo. Le compteur a fait 3 tours donc l appareil de chauffage a consommé 6 Wh Q3- Sachant que 1 Wh = 3600 J, convertir en Joule l énergie consommée (E) par l appareil de chauffage pendant la vidéo. Energie en Wh Energie en Joule J Donc E = J Q4- En combien de temps cette énergie a-t-elle été consommée? Cette énergie a été consommée en t = 42,5 s Q5- Quelle est la puissance de l appareil de chauffage. La puissance de l appareil est de 500 W (P = 500 W) Q6- Sachant que l énergie consommée dépend de la puissance et du temps, quelle relation existe-t-il entre la puissance et l énergie? a) E = P+ t b) E = P t c) E = P / t a) E = P+ t ,5 = 542,5 b) E = P t ,5 = c) E = P / t / 42,5 = 11,8 On en déduit alors que l énergie électrique E consommée par un appareil est égale au produit de sa puissance P par le temps de fonctionnement t. E = P t - Quand P est en Watt (W) et t en seconde (s) alors E s exprime en Joule (J). - Quand P est en Watt (W) et t en heure (h) alors E s exprime en Wattheure (Wh). Remarque : - 1 Wh = 3600 J - 1 kwh = 3,6 MJ

5 23- La facture d électricité Livre (Bordas ESPACE, 2008), p 210, questions 1 à 8 Q1- L'énergie consommée est de 454 kwh (c'est la différence entre le nouveau et l'ancien relevé) Q2- Le prix moyen du kwh est de 0,0787. Le prix du kwh peut varier au cours de la journée en fonction de l'abonnement choisi (heures pleines / heures creuses) Q3- Le montant total à payer est de 59,56 Q4- Car le Ws (ou J) est une unité très petite. Le kwh est l'unité la plus «lisible». Q5- Non, car en plus de la consommation d'électricité il faut rajouter l'abonnement (prix fixe par mois suivant l'abonnement choisi) et la contribution au service publique d'électricité. Q6- Instaurée en 2003, la Contribution au Service Public de l Électricité (CSPE) est une contribution française, payée par tous les consommateurs finaux d'électricité. Directement incluse dans la facture d électricité du consommateur, elle vise à compenser les charges de service public de l électricité supportées par les fournisseurs d électricité : EDF, Electricité de Mayotte et les entreprises locales de distribution. Elle finance également le budget du médiateur national de l énergie. Elle inclut la compensation des charges suivantes : les surcoûts résultant de l obligation d achat par les fournisseurs de l électricité produite à partir d énergies renouvelables et de la cogénération ; les surcoûts de la production d électricité dus à la péréquation tarifaire nationale dans les zones non interconnectées : pour assurer l égalité d accès à l électricité sur le territoire français, les tarifs dans les zones îliennes non connectées au réseau (notamment dans les DOM et en Corse) sont les mêmes que ceux appliqués en métropole continentale, alors que les moyens de production y sont beaucoup plus coûteux ; les pertes de recettes dues à la mise en œuvre de tarifs sociaux de l électricité en faveur des personnes en situation de précarité. Q7-85,7 % de l'énergie électrique provient du nucléaire. On utilise l'énergie hydraulique car c'est une énergie renouvelable. Q8- Le compteur électrique mesure une énergie en kwh III- EXERCICES Bordas (ESPACE, 2008) : ex 6, 11 et 17 p 215 à 217 ex 10, 11, 17 et 20 p 201 à 203 Ex 6 p 200 1a- nombre éoliennes = P(nucléaire) / P(éolienne) = 1200 / 2 = 600. Il faut donc 600 éoliennes pour développer la même puissance qu'une centrale nucléaire 1b- Car pour subvenir aux besoins d'électricité en France, on a 58 réacteurs nucléaires en activité. Ce qui représenterait = 6960 centrales solaires en France. Actuellement, il nous est impossible de remplacer les centrales nucléaires par des centrales solaires au regard de notre consommation d'électricité. 2a- La puissance totale consommée correspond à la somme de l'ensemble des appareils qui fonctionnent simultanément. Rappel : 1kW = 1000 W. Donc P(totale maison) = = 8660 W (un abonnement de 9 kw est nécessaire pour que l'ensemble des appareils puissent fonctionner en même temps) 2b- Rappel = 1 MW = W = 10 6 W Nombre maisons = P(nucléaire) / P(totale maison) = / 8660 Nombre maisons = / 8660 = maisons.

6 Ex 11 p Le foyer arrière droit (ARD) a une puissance de 1200 W 2- La tension nominale de cette table de cuisson correspond à la tension du secteur c'est à dire 230 V 3- P = U I, donc I = P / U = 1200 / 230 = 5,22 A 4- La puissance maximale indiquée correspond à la somme des puissances de chacun des foyers 5- I = P(totale) / U = 6800 / 230 = 29,57 A. Ex 17 p La tension aux bornes d'une prise de courant correspond à la tension du secteur c'est à dire 220 V 2- Sachant que la rallonge peut supporter au maximum 16 A, donc la puissance maximale à ses bornes doit être de P(max) = U I = = 3680 W. Donc on pourra placer sur cette rallonge 2 radiateur de 1500 W au maximum 3- Si on place un 3ème radiateur, l'intensité qui circulera dans la rallonge sera supérieure à 16 A. Si cette rallonge est équipée d'un fusible, le fusible va fondre et protéger la rallonge d'une surintensité, sinon la rallonge va prendre feu!!!!!!!!!!! Ex 20 p 203 court-circuit surintensité le fusible fond circuit ouvert intensité nulle le circuit a été protégé Ex 6 p E = P t Or E = 1h40 = 1,67h = 6000 s et P = 90 W Donc E = 90 1,67 = 150,3 Wh = 0,1503 kwh Remarque : E = = J = 540 kj 2- Prix(total) = E Prix du kwh Prix (total) = 0,1503 0,13 = 0,02. Ex 11 p 216 L'énergie consommée au bout de 6mn (=0,1 h) est de 200 Wh : ceci est logique car E = P t = ,1 = 200 Wh L'énergie qui devrait être consommée au bout d'une heure devrait être de E = P t = 2000 Wh On en déduit que le four a fonctionné à plein régime pendant 6mn. En échange, pendant 1h00, il n'a pas fonctionné en continu car l'énergie consommée réellement (500 Wh) est 4 fois inférieure à l'énergie qu'il aurait du consommer s'il avait fonctionné à plein régime en permanence (2000 Wh).

7 Ex 17 p La puissance souscrite par l'abonné est 6 kw. L'ensemble des appareils qui fonctionneront ensemble ne pourront pas dépasser une puissance de 6 kw (le chauffage électrique est par exemple inadapté à cet abonnement) 2- L'usager a consommé 454 kw. Pour obtenir cela, on fait la différence entre le nouveau relevé et l'ancien. 3- Les montants facturés dépendent de la consommation d'électricité et de l'abonnement souscrit (6 kw ici) 4- Cela signifie le montant Hors Taxe c'est à dire sans les taxes (ex : TVA, taxes locales...) 5- Le montant HT ne correspond pas au montant réel à régler. Le montant qui sera a régler sera le montant TTC (Toutes Taxes Comprises) = HT + Taxes Hachette (Edition 1999) : 6 p et 15 p et 25 p 166 Nathan (Edition 1999) : 5 et 6 p60 26 et 31 p62 LES INDISPENSABLES DU CHAPITRE Connaître la relation qui existe entre la puissance (P), la tension (U) et l'intensité (I) ainsi que les unités utilisées 2- Connaître la relation qui existe entre l'énergie (E), la puissance (P), et le temps (t) ainsi que les unités utilisées 3- Savoir qu'un court-circuit entraîne une surintensité et quelles en sont les conséquences 4- Connaître la notion de coupe-circuit et son utilité 5- Savoir exploiter une facture d'électricité