L énergie dans l habitat

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1 L énergie est partout dans la maison. Elle sert à nous chauffer, à nous éclairer, à produire de l eau chaude mais aussi à produire du froid (conservation des aliments et climatisation) et à alimenter des appareils électriques (électroménager, téléphone, ordinateur, télévision...). L énergie dans l habitat H1 1STI2D

2 Evaluation diagnostique 1 Question Dans quelle(s) unité(s) peut on exprimer l énergie? Pts /1 2 Exprime avec des mots ce que l on appelle «la puissance». /1 A quoi correspondent ces symboles normalisés : 3 /3

3 Evaluation diagnostique Qu est ce qu un circuit électrique série? Faire un dessin. /1 4 Qu est ce qu un circuit électrique dérivation? Faire un dessin. /1

4 Evaluation diagnostique correction Réponses 1- Joules (J), KiloWattHeure (kwh), KiloCalorie (kcal) Nous allons le découvrir dans ce chapitre 3-Dans l ordre : Moteur, Lampe, Pile 4- Circuit série : une seule boucle Circuit dérivation : plusieurs boucles

5 Activité 1 Les formes d énergie dans l habitat L énergie est la capacité à modifier l état d un système. Pour faire chauffer l eau d un bain il faut de l énergie thermique, pour mettre en mouvement le tambour d une machine à laver il faut de l énergie mécanique. L énergie dans une maison est présente sous différentes formes : thermique, électrique, mécanique, chimique ou lumineuse. Depuis le Grenelle de l environnement de 2010, avant de vendre une habitation on doit réaliser un diagnostic de performance énergétique (DPE) pour évaluer la consommation annuelle de l habitation. Une maison de classe A consomme moins de 50kWh (soit J) par an et par m 2. A partir de 2020 les nouveaux logements devront être à énergie positive (produire plus d énergie qu il sen consomment).

6 Activité 1 Les formes d énergie dans l habitat 1. Quels sont les différentes unités de l énergie? 2. Quel est le facteur de conversion pour passer d une unité à l autre? 3. Sous quelles formes trouve-t-on l énergie dans une maison? 4. Remplir le tableau ci-dessous. Les classes de DPE d un logement

7 Compléter le tableau : d un logement Appareil Energie reçue Energie fournie Radiateur électrique Machine à laver Gazinière Panneau photovoltaïque Eclairage électrique

8 Activité 2 : Energie et puissance Magali et Sabine sont des amies très proches. Magali est très contente de montrer à Sabine sa nouvelle acquisition : Magali : «Regarde mon tout nouveau sèche cheveux» Sabine : «Super! Mais... qu a-t-il de mieux que l ancien?» Magali : «Il fait 2000W! Alors que l ancien ne faisait que 1000W. Grâce à cela je me sèche les cheveux 2 fois plus vite qu avant!» Sabine : «Oui mais tu dois aussi dépenser 2 fois plus d énergie! Donc 2 fois plus d argent.»

9 9 Placer les proposi,ons aux emplacements correspondants Magali souhaite se sécher les cheveux. Elle dispose de 2 sèche cheveux de puissances différentes Si elle choisit le sèche cheveux le La puissance et le temps sont puissant, il lui faudra de temps pour que ses cheveux soient complètement secs. Le sèche cheveux le plus puissant va consommer plus mais va fournir plus La puissance et l énergie sont dans la salle de bain identiques plus moins d énergie thermique inversement proportionnels d énergie électrique sans unités proportionnels secs

10 Questions : 1. De quels paramètres dépend l énergie électrique consommée par un appareil électrique? 2. D après le texte quel type de relation lie la puissance et l énergie? Etablir une équation mathématique qui modélise la notion de puissance.

11 Questions : 3. Exprimer la relation entre le débit D d un robinet, du volume V et du temps Δt. 4. Comparer cette relation à la relation que vous avez établie entre l énergie et la puissance. 5. Réaliser une échelle avec les ordres de grandeur de puissance des appareils d une habitation présentés ci après.

12 Chaudière à gaz W Lampe Eco 9W Réfrigérateur 150W Lampe à incandescence 75W Ordinateur 50W Micro Onde 700W Téléphone Portable 2W Gazinière 8000W 1W 10W 100W 1000W W 10W 100W 1000W W

13 Bilan énergétique L énergie est la capacité à modifier l état d un système. Dans l habitat elle existe sous différentes formes : Energie électrique, Energie mécanique, Energie chimique, Energie rayonnante, Energie thermique ou chaleur) La consommation annuelle moyenne d énergie d un logement en France est de 220 kwh/m²/an. Un diagnostic des performances énergétiques (DPE) est obligatoire avant toute location ou vente de logement.

14 Bilan énergétique L unité d énergie est le Joule (J). On utilise aussi le wattheure (Wh) 1 Wh = J L énergie doit être disponible sous la bonne forme. Il faut donc transférer de l'énergie depuis une source d'énergie pour obtenir le travail (énergie mécanique), la chaleur (énergie thermique) ou le rayonnement nécessaire que l'on appelle l'énergie uhle. Énergie électrique Lampe basse consommation Énergie rayonnante

15 Bilan énergétique Énergie électrique Lampe basse consommation Énergie rayonnante Énergie électrique Aspirateur Énergie mécanique Énergie rayonnante Panneau solaire Thermique Énergie Thermique

16 Bilan énergétique L énergie peut prendre différentes formes et subir des transformahons mais elle se conserve Énergie électrique Énergie absorbée Lampe à incandescence Énergie thermique Énergie «perdue» Énergie rayonnante Énergie utile

17 Bilan énergétique Énergie électrique Énergie absorbée Lampe à incandescence Énergie rayonnante Énergie utile Énergie thermique Énergie «perdue» Le rendement est le rapport entre l'énergie uhle et l'énergie absorbée par le système On le note η Energie utile η = x 100 en % Energie absorbée Exemples : Disposi8f Rendement Chaudière à fuel 0,9 Panneau photovoltaique 0,1 Moteur électrique (électroménager) 0,6 Lampe à incandescence 0,05

18 La puissance La puissance représente la vitesse de transfert de l énergie. Rela8on entre puissance; énergie et durée Δt : P = E Δt E en WaS.heure (Wh) ou en Joules (J) unités : P en WaS (W) Δt en heure (h) ou en seconde (s)

19 Ordre de grandeur des puissances dans l habitat : UHlisaHon Exemple d appareil Puissance Période d uhlisahon Fréquence d uhlisahon ConsommaHon énergéhque moyenne / an Chauffage Chaudière à gaz 10 kw 180 jours 10h / jour Eau chaude sanitaire Eclairage ballon électrique Lampes basse consommaho n fluo compact 336 jours 2 h /jour 1680 kwh 25W 336 jours h/jour 42 kwh Cuisine Micro- ondes 336 jours 1,5 h / semaine 108 kwh Electroménager Aspirateur 2200W 336 jours /semaine 211,2 kwh Loisir Ordinateur avec écran plat 75W jours 4 h / jour 72 kwh

20 Ordre de grandeur des puissances dans l habitat : UHlisaHon Exemple d appareil Puissance Période d uhlisahon Fréquence d uhlisahon ConsommaHon énergéhque moyenne / an Chauffage Chaudière à gaz 10 kw 180 jours 10h / jour k Wh Eau chaude sanitaire ballon électrique 2,5 kw 336 jours 2 h /jour 1680 kwh Eclairage Lampes basse consommahon fluo compact 25W 336 jours 5h/jour 42 kwh Cuisine Micro- ondes 1,5 kw 336 jours 1,5 h / semaine 108 kwh Electroménager Aspirateur 2200W 336 jours 2h /semaine 211,2 kwh Loisir Ordinateur avec écran plat 75W 240 jours 4 h / jour 72 kwh

21 La puissance électrique : Un circuit électrique est composé d un générateur qui transfère de l énergie vers un ou plusieurs récepteurs. Le récepteur transforme l énergie électrique qu il reçoit en une autre forme d énergie (rayonnante pour une lampe, mécanique pour un moteur ) Ce sont les électrons qui permettent ce transfert d énergie. L intensité électrique représente le débit d électrons dans le circuit.

22 La puissance électrique : La puissance électrique dépend de l intensité I et de la tension U : P = U x I avec P puissance en watt (W), U tension en volt (V), I intensité en Ampère (A). La puissance électrique se mesure avec un joulemètre (ou wattmètre).

23 Activité Facture électrique d une maison individuelle. Quelle pompe à chaleur choisir? TP Un volet roulant peu performant! A retenir : en mesurant la tension, l intensité et le temps d utilisation, on peut déterminer l énergie consommée par un moteur électrique.

24 Exercices : 1. Les énergies renouvelables En france en 2008, plus de foyers français ont installé dans leur habitation principale des équipements utilisant des énergies renouvelables. 1. Schématiser les équipements suivant, en faisant apparaitre l énergie reçue et l énergie qu ils fournissent. Eolienne Chauffe eau solaire Panneau photovoltaïque 2. Pourquoi parle-t-on d énergie renouvelable? 3. Citer un exemple de système fonctionnant avec des énergies non renouvelables.

25 2. Deux aspirateurs On dispose de deux aspirateurs de 1900J/s (ou W) et de 2500J/s (ou W). Pour le nettoyage d un hall d immeuble il faut environ 15 minutes de passage d aspirateur. 1. Sans faire aucun calcul expliquer avec quel aspirateur la dépense d énergie est la plus grande 2. Confirmer votre prédiction en calculant l énergie dépensée dans les deux cas. 3. Dans les deux cas, calculer le coût de revient sachant que le prix du kwh est de 0,13.

26 5. Puissance d appareils domestiques Associer les puissances suivantes aux appareils domestiques du tableau : 5W 100W 1400W 2,5kW 11kW Appareil Aspirateur Chaudière Ordinateur Radio Réveil Sèche Linge Puissance Objectif 2-4 et 2-5

27 7. Bouilloire électrique La plaque signalétique d une bouilloire indique 230V-2200W. 1. Calculer l intensité qui traverse les câbles d alimentation de la bouilloire. 2. Pour faire bouillir 1 litre d eau, il faut environ 3 minutes. Calculer l énergie électrique consommée par la bouilloire.

28 Exercices bilan : 8. Rendement d un chauffe eau électrique Sur la page suivante, se trouve la documentation technique que vous avez reçu de la part d un commercial d une société qui distribue des chauffe eau électriques. Vous hésitez entre les 3 modèles de verticaux : le 100 litres, le 150 litres t le 200 litres. Pour vous faire votre choix vous décidez de réaliser un bilan énergétique. 1. Schématiser le bilan énergétique en faisant apparaître les formes d énergies consommée, utile et perdues 2. D après vous où passe l énergie perdue? 3. Calculer, en secondes, les temps de chauffe de la totalité de l eau 4. Calculer en joules, l énergie consommée par les 3 chauffe eau pour chauffer l eau de 20 C à 70 C. (Dans fiche technique, cette différence de température est écrite ΔT=50 C). 5. L énergie nécessaire pour chauffer un litre d eau de 20 C à 70 C est de J. Calculer, en joules, l énergie utile pour la chauffe de la totalité de l eau de chaque chauffe eau. 6. En déduire dans chaque cas l énergie perdue. 7. Calculer le rendement de chacun de ces 3 chauffe eau. Lequel allez vous choisir et pourquoi? 8. Ce résultat était il prévisible au regard de la notice?

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30 Ce que je dois savoir : Citer différentes formes d énergie dans l habitat. Exprimer la relation puissance énergie. Donner des ordres de grandeur des quantités d énergie et des puissances mises en jeu dans l habitat. Réaliser un circuit électrique d après un schéma donné. Effectuer expérimentalement un bilan énergétique dans un circuit électrique simple. Mesurer une tension électrique, une intensité électrique dans un circuit en régime continu. Mesurer et calculer la puissance et l énergie électriques reçues par un récepteur. Schématiser simplement les transferts d énergie mis en jeu dans l habitat.