Cours La puissance électrique

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1 Classe : 2ME BEP Métiers de l électrotechnique PUISSANCE ET ENERGIE Lieu : Salle de cours & salle de mesures Objectif Identifier la notion de puissance, d énergie et de rendement. Savoirs : S 0.1 : Circuits parcourus par un courant continu : - Puissance et énergie. Prérequis Tension, intensité, résistance. On donne On demande On exige Répondre aux questions posées dans le document en se referant au livre de cours. Livre de cours : La Puissance. Lois des circuits paragraphe 3 Fiches de cours Etapes du déroulement : Connaître la relation entre puissance, tension et intensité. Relation entre puissance et énergie. Notion de rendement. Etape On donne On demande On exige Condition & lieu 1 Fiches de cours Vidéo : Voyage 2 EP2 : Des volts pour aller plus loin. 2 Expériences : - Mesure de puissance et d énergie, vérifier la mesure d un compteur. 3 Livre NATHAN chap. : Variation de résistance 4 Fiche de cours : Variation de la résistance Participation aux questions posées par la vidéo Avant de démarrer. Retenir les points importants, se faire expliquer les termes techniques inconnus. Classe entière Participation à l expérience : Notion des lois de puissance et d énergie. Classe groupe Tableau de mesures à compléter. Lire le chapitre correspondant. Le chapitre est lu Maison Répondre aux questions posées dans la fiche en se referant au livre de cours. 5 Exercices d application Faire les exercices donnés en fin de chapitre. Faire exercice complémentaire donné en fin de séance. 6 Synthèse et correction Participer à l élaboration collective de la synthèse. 7 Evaluation Revoir l essentiel à retenir donné dans le support de cours. Au travers du travail sur document, les relations entre puissance et énergie sont apprises Les réponses sont complètes et correctes. Maison ou classe Classe entière Vérifier et revoir les erreurs Classe entière Evaluation portant sur les 30 mn cours Résistance et loi d ohm en & variation résistance. groupe Expériences associées : THEME D1 : Déterminer la puissance installée d une habitation TP8 : Mesure de puissance TP9 : Mesure d énergie Durée : 4h Références : Capacité Fonction Compétences C1 S informer F1 Organisation C1-1 Décoder les schémas, plans et descriptifs. C1-2 Prendre en compte les consignes verbales et écrites. Fiche n 1

2 LA PUISSANCE. Cours La puissance électrique INTRODUCTION 1 La puissance d un appareil correspond à la capacité qu à celui-ci à fournir de l énergie. Plus une machine est puissante, plus elle fournira d énergie. Travail et énergie. AVANT DE DEMARRER Nous avons vu qu il y avait une relation entre l énergie et la puissance. Rappeler le symbole de l énergie et son unité? Symbole : W, unité : Wh (Watt Heure) LA PUISSANCE EST UNE GRANDEUR PHYSIQUE. Exprimer le symbole de la puissance et son unité : Symbole : P, unité : W (Watt) A SAVOIR Détermination de la puissance. Donner une définition de la puissance : Capacité d une machine ou un système à fournir un travail. C est la quantité de travail fourni par une unité de temps. La puissance et l énergie sont liées par le temps. Indiquer les relations mathématiques qui existe entre ces deux grandeurs : P= t W P en watt avec W en Watt-heure W=P t avec t en heure P en watt W en Watt-heure t en heure Ordres de grandeurs : Appareil Puissance mise en jeu Rendement Energie consommée en un jour Lampe à incandescence 100W 20% 2,4 KWh Radiateur électrique 2000W 100% 48 KWh Machine-outil 10KW 80% 240 KWh Automobile 50KW 30% 1,2 MWh Alternateur de centrale 500MW 90% 12 GWH Fiche n 2

3 RENDEMENT D UNE MACHINE. Principe de conservation de l énergie. Il y a quelques siècles, un savant nommé Lavoisier a affirmé un principe très important s'appliquant à l'énergie : «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.» Ainsi, lors d une transformation d énergie, il y a des pertes, mais c est toujours de l énergie. On la trouve sous forme d énergie thermique. (de la chaleur). Compléter le schéma ci-dessous et placer les symboles Wa, Wu et Wp Wa Machine ou système. Wu Avec : Wa = Energie absorbée Wu = Energie utile Wp = Energie perdue Ecrire la relation entre ces trois termes : Wa = Wu+Wp Wp Le rendement s écrit η c est un nombre sans unité il est toujours inférieur à 1 Ecrire la relation entre le rendement et l énergie: Wu η = Wa Rendement par rapport à la puissance. Sachant que le principe de conservation d énergie est valable pour la puissance, compléter le diagramme suivant : Pa Machine ou système. Pu Ecrire la formule des pertes en puissance : Pp=Pa Pu Pp Ecrire la formule du rendement en puissance : Pu η = Pa Fiche n 3

4 MESURAGE DE L ENERGIE ELECTRIQUE. Appareil utilisé : Afin de pouvoir facturer l électricité utilisée par ses clients, EDF doit compter l énergie électrique consommée. On utilise donc un compteur d énergie. Celui-ci est placé entre le réseau EDF et l installation électrique de l utilisateur. Indiquer le nom de cet appareil : Un compteur d énergie (ou watt-heuremètre) Symbole schématique du compteur électrique Wh (Symbole unifilaire) Les différents types de compteurs : Il existe deux technologies de compteurs d énergie, citez-les : Le compteur électromécanique (ou analogique) Le compteur numérique A quoi correspond la lettre K d un compteur à disque : K = constante du compteur exprimée en Wh/tour ou Wh/impulsion Comment est visualisé le comptage sur un compteur à disque? Une marque sur le disque Comment est visualisé le comptage sur un compteur électronique? Une impulsion sur un indicateur lumineux Fiche n 4

5 LA PUISSANCE DANS UN CIRCUIT ELECTRIQUE. (voir chapitre 5 Loi des circuits paragraphe 3) Nous savons que la puissance d un appareil s exprime en Watts. Prenons l exemple d une lampe de 40W et une lampe de 100W. Nous admettrons qu à tension égale, la lampe de 100W consommera plus d intensité que la lampe de 40W. Il existe donc une relation mathématique entre la puissance P, l intensité I et la tension U. Exemple1 : Si la puissance P= 460 W et que la tension U=230 V, l intensité sera I= 2 A Exemple2 : Si la puissance P= 230 W et que la tension U=230 V, l intensité sera I= 1 A Exprimer la relation qui existe entre les trois termes P,U et I: P=UxI avec P en watt U en Volt I en Ampère En déduire l intensité passant dans une lampe de 40W alimentée sous 230V? I=P/U ; I = 40/230 ; I=0,17A MESURAGE DE LA PUISSANCE : Il existe deux méthodes pour mesurer une puissance. La méthode directe et la méthode indirecte. 1. Méthode indirecte : La méthode de mesure indirecte ne nécessite pas de wattmètre. Il suffit d un voltmètre et d un ampèremètre. On mesure les valeurs U et I puis on fait le produit de U par I et on obtient P puisque P=UxI. On appelle cette méthode, la méthode Voltampèremétrique métrique Schéma de la méthode voltampèremétrique : Placer les appareils de façon à mesurer U et I. G A V I U P=U x I Récepteur Fiche n 5

6 2. Méthode directe : Cours La puissance électrique Pour mesurer directement une puissance, on utilise un appareil qui mesure les watts, on l appelle le Wattmètre Cet appareil est en fait le regroupement d un ampèremètre et d un voltmètre. L affichage donne directement le résultat P=UxI en watts. Le wattmètre possède quatre bornes. Deux bornes pour la partie Ampèremètre (Com et A) et deux bornes pour la partie Voltmètre (Com et V). Généralement, les deux bornes Com sont reliées ensembles. Schéma : Indiquer dans les cases et sur le schéma le nom de chaque bornes : G I W U Com W A V Com Récepteur A V Fiche n 6