16 Puissance électrique

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1 16 Puissance électrique Physique passerelle hiver Puissance électrique Si je remplace une ampoule de 60 W par une ampoule de 100 W : La nouvelle ampoule brillera. La nouvelle ampoule sera traversée par un courant plus. La nouvelle ampoule consommera d énergie. La nouvelle ampoule aura une résistance plus. En physique, la puissance, mesurée en watts [W], indique la quantité d énergie fournie par unité de temps. En électricité, la puissance est le produit entre la tension et le courant : = (page 148) est la puissance électrique en watts [W] est la tension en [ ] est le courant électrique en [ ] Exemple : Que vaut la puissance électrique d un aspirateur alimenté par une tension de 220 V et un courant de 5 A? En utilisant la loi d ohm, on trouve d autres expressions pratiques de la puissance : = = remplacer par = remplacer par = Cette relation est utile lorsque la tension n est pas donnée. = Cette relation est utile lorsque le courant n est pas donné. Examen d hiver 2014 : Examen d été 2013 : 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 1 sur 8

2 2. Énergie électrique Un appareil de 1000 W qui fonctionne pendant 1 heure consomme une énergie de 1 kilowattheure [kwh]. Un appareil plus puissant consommera d énergie. Si l appareil fonctionne plus longtemps, il consommera d énergie. L énergie est le produit entre la puissance et la durée : = (page 133) est l énergie en joules [J] est la puissance en watts [W] est la durée en secondes [s] Règle de conversion entre les kilowattheures [kwh] et les joules [J]: 1 kwh = J (page 166) Exemple : Que vaut l énergie consommée par un aspirateur de 2000 W qui fonctionne pendant 20 minutes? Examen d hiver 2015 : Lorsqu un fil métallique est parcouru par un courant électrique, le frottement entre les électrons et les molécules du métal provoque un échauffement du fil. Cet effet Joule est utilisé dans un thermoplongeur, par exemple, pour élever la température du liquide qui l entoure. L énergie thermique délivrée par une résistance parcourue par un courant pendant un temps vaut : = (page 148) est l énergie thermique en joules [J] est la résistance en ohms [Ω] est le courant électrique en ampères [A] est la durée en secondes [s] Exemple : Un thermoplongeur de 53 Ω alimenté par un courant de 4,4 A chauffe un litre d eau pendant deux minutes. a) Calculer la chaleur produite par le thermoplongeur. b) Calculer l élévation de la température de l eau. 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 2 sur 8

3 3. Rendement La conservation de l'énergie permet de passer d'une forme d énergie à une autre : Un moteur transforme l énergie électrique en énergie mécanique. Une dynamo transforme l énergie mécanique en énergie électrique. Une bouilloire transforme l énergie électrique en énergie thermique. En réalité, une partie de l énergie est perdue au cours du processus. L énergie utile n est qu une partie de l énergie consommée : énergie perdue énergie consommée énergie utile Le rendement est la proportion d énergie utile sur le total d énergie consommée : = est le rendement en pourcent [%] est la part d énergie utile en joules [J] é (page 133) (page 169) é est le total d énergie consommée en joules [J] Exemple : Une bouilloire est alimentée par une tension de 220 V et un courant de 5 A. Il lui faut 10 minutes pour amener à ébullition un litre d eau initialement à 20 C. Quel est son rendement? 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 3 sur 8

4 4. Problèmes type Problème 1 (examen d été 2011) Un sèche-cheveux d une résistance de 52,9 Ω est utilisé en Europe (U = 230 V) et aux États-Unis (U = 115 V). Complétez le tableau suivant : Europe USA Résistance Tension Courant Puissance Problème 2 (examen d hiver 2010) En cas de doute, se rappeler que seule la résistance d un appareil électrique demeure constante. Problème 3 Trois ampoules de respectivement 100 W, 75 W et 60 W sont montées en série. Laquelle éclaire le plus? 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 4 sur 8

5 Problème 4 (examen d été 2012) Problème 5 (examen d été 2015) 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 5 sur 8

6 5. Exercices Exercice 1 Compléter les égalités suivantes : 1 Wh = J 4 mw = 4 10 W 1 kwh = J = kj 3600 J = Wh Exercice 2 Une ampoule branchée sur un générateur de 12 V a une puissance de 90 W. Quelle est l'intensité du courant qui la traverse? Rép. : 7,5 A Exercice 3 Un radiateur électrique dont la puissance vaut 2 kw est traversé par un courant de 9 A. Quelle est alors la tension à ses bornes? Rép. : 222 V Exercice 4 Les petites ampoules à vis ne portent pas d'indications de puissances, mais de tensions et d'intensités. Calculer les puissances nominales des ampoules suivantes : a) L 1 : 3,5 V 200 ma Rép. : 0,70 W b) L 2 : 1,5 V 120 ma Rép. : 0,18 W c) L 3 : 6 V 350 ma Rép. : 2,10 W Exercice 5 Dans l'installation représentée ci-dessous, dire en justifiant la réponse, si tous les fusibles sont bien adaptés aux appareils qu'ils protègent. Exercice 6 Un fer à repasser a une puissance nominale de 1000 W. a) Par quelle intensité est-il traversé lorsqu'il est branché sur une tension de 220 V? Rép. : 4,5 A b) Quel fusible faut-il utiliser pour protéger la ligne? Rép. : un fusible de 6 A 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 6 sur 8

7 Exercice 7 Une pile de 9 V alimente un circuit électrique. a) Calculer l'intensité du courant si, chaque seconde, 6 10 électrons traversent une section quelconque du circuit. Rép. : 9,6 ma b) Calculer l'énergie fournie par la pile en 1 min. Rép. : 5,184 J Exercice 8 Une ampoule est raccordée aux bornes d'une pile. Elle est parcourue par un courant de 0,30 A. La tension aux bornes de la pile est de 4,3 V. a) Calculer la charge électrique traversant l'ampoule en 1 min. Rép. : 18 C b) Calculer l'énergie transformée par cette ampoule en 1 min. Rép. : 77,4 J c) Calculer la puissance de cette ampoule. Rép. : 1,29 W Exercice 9 Calculer la puissance d'un corps de chauffe parcouru par un courant de 2 A sachant que sa résistance est de 15 Ω. Rép. : 60 W Exercice 10 Une ampoule porte l'indication «40 W 220 V». Calculer sa résistance quand elle fonctionne normalement. Rép. : 1210 Ω Exercice 11 Un chauffe-eau permet d'élever la température de 100 kg d'eau de 15 C à 70 C en 2 heures. La résistance de son corps de chauffe est de 50 Ω. Calculer l'intensité du courant qui circule dans le corps de chauffe en admettant que toute l'énergie qu'il consomme est absorbée par l'eau. Rép. : 8 A Exercice 12 Une résistance traversée par un courant pendant un temps produit une énergie thermique. a) Sans changer et, par quel nombre faut-il multiplier pour doubler? b) On triple. Comment faut-il modifier pour que reste la même? c) On double et on divise par deux sans changer. Que devient? Exercice 13 (examen d été 2012) Exercice 14 Un corps de chauffe alimenté sous une tension de 12 V a pu élever de 20 C la température de 300 g d'eau en 5 minutes. Calculer la résistance du corps de chauffe si toute l'énergie qu'il transforme est absorbée par l'eau. Rép. : 1,72 Ω Exercice 15 Un thermoplongeur de 1,2 kw branché sous une tension de 230 V permet d'élever la température de 1 kg d'eau de 15 C à 80 C en 4 minutes et 10 secondes. a) Calculer le rendement de l'opération. Rép. : 90,5 % b) Calculer l'intensité du courant électrique. Rép. : 5,2 A 16. Puissance électrique Physique passerelle Page 7 sur 8

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