Tension électrique. Notion de tension électrique Pour comprendre cette notion, faisons une analogie hydraulique. Chapitre 11

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1 Chapitre 11 Tension électrique Si vous avez quelque chose à noter 1 On se rappelle qu un courant électrique est une circulation d électrons à l intérieur d un conducteur. Nous allons voir comment on crée cette circulation dans un circuit et notamment entre deux de ses points (A et B). Notion de tension électrique Pour comprendre cette notion, faisons une analogie hydraulique. EXPÉRIENCE MATÉRIEL Considérons le montage ci-dessous, composé de : une cuve I remplie d eau ; une cuve II vide (au départ) ; un tuyau. Cuve II MANIPULATION OBSERVATIONS a) Le tuyau est incliné ; le niveau du point A (hauteur par rapport au sol) est différent de celui du point B. b) L eau circule dans le tuyau parce que le niveau de A est différent de celui de B. Chapitre 11 Fil conducteur 81 A B Tension électrique Circulation d'électrons A Tuyau B Cuve I

2 EXPÉRIENCE CONCLUSIONS En comparant les niveaux des points A et B du tuyau avec des états électriques aux points A et B du conducteur, on dira que les électrons circulent entre les points A et B : si l état électrique en A est différent de l état électrique en B ou encore : si le potentiel électrique en A est différent du potentiel électrique en B. À retenir La tension électrique entre deux points (A et B) d un circuit est égale à la différence de potentiel électrique qui existe entre ces deux points. 2 Unités de tension électrique a) L unité de tension électrique est le volt (symbole V). b) On utilise des unités multiples et sous-multiples du volt. Citons-en quelques-unes : le kilovolt (symbole kv) : 1 kv = V ; le millivolt (symbole mv) : 1 mv = 0,001 V. c) On mesure la tension d un courant électrique à l aide d un voltmètre. 3 A On la note : U AB. Montage d un voltmètre a) Il existe les voltmètres numériques et les voltmètres analogiques (à aiguille). Ces derniers nous intéresseront particulièrement dans la suite du cours. Chapitre 11 Voltmètre analogique 82 I U AB Tension électrique B Voltmètre numérique

3 b) Le symbole du voltmètre est : c) Un voltmètre se monte en dérivation, de telle sorte que le courant dérivé le traverse en entrant par la borne positive. 4 Mesure de la tension sur un voltmètre analogique La mesure sur un voltmètre analogique est caractérisée par trois données qui serviront au calcul de la tension du courant électrique concerné, et qui sont : le calibre de réglage du voltmètre (nombre C); la position de l aiguille (nombre N) sur l échelle de lecture ; la graduation où se fait la lecture de la position de l aiguille (nombre G). À retenir Pour mener correctement les calculs de tension veillez à ce que : le voltmètre utilisé soit réglé sur le signal -; l échelle de lecture choisie corresponde à une graduation affectée du signal -. Chapitre B + V Tension électrique + V A Courant dérivé 0 I V Calibre C On calcule la tension U entre deux points d un circuit à l aide de la formule : C N U AB = G L unité du résultat est la même que celle du calibre choisi. C en volts U AB en volts N G

4 5 Exemple de calcul d une tension On donne le schéma de montage d un circuit comprenant un récepteur aux bornes duquel on veut mesurer la tension. Les indications du voltmètre monté à cet effet, réglé sur le calibre 30 V sont représentées dans le croquis ci-dessous. Chapitre 11 Schéma Relevez les éléments de calcul sur la graduation Calculez la tension U AB. 84 G = C = N = Tension électrique Extrait de lecture 6 A V B U AB = Conseils d utilisation d un voltmètre a) Les tensions calculées à partir de la lecture sur un voltmètre peuvent être différentes, selon le choix de la graduation de lecture. On choisira toujours la graduation qui donne les éléments de calcul les plus grands. Dans notre exemple, on choisirait : G = 100 et N = 70. b) Il est encore conseillé, dans l utilisation de ce genre d appareil de mesure, de faire attention aux points suivants : le sens du courant ; le réglage du voltmètre sur le calibre le plus grand, quitte ensuite à descendre progressivement de manière à obtenir la plus grande valeur de N possible

5 Entraînement > Exercice 1 On veut mesurer la tension électrique aux bornes d un récepteur. a) Quel appareil faut-il utiliser? b) Faites un schéma de montage de cet appareil dans un circuit électrique, à partir de la figure ci-dessous. > Exercice 2 Un voltmètre monté aux bornes d un récepteur donne les indications suivantes : C = 30 V G = 150 N = 87. a) Que signifient ces indications? b) Calculez la valeur de la tension mesurée par ce voltmètre. Chapitre Tension électrique

6 Entraînement > Exercice 3 Soit un montage représenté par le schéma suivant. a) Le voltmètre mesurant la tension aux bornes de la lampe est-il monté correctement? Justifiez votre réponse. b) Les éléments de calcul donnés par notre appareil, circuit fermé, sont : C = 30 V G = 150 N = 54. Calculez la tension mesurée. c) Si l on faisait la lecture sur la deuxième graduation dont dispose le voltmètre, à savoir G = 50, et en restant sur le calibre 30 V, quelle serait alors la position de l aiguille? Chapitre A Tension électrique V B

7 Chapitre 12 Lois des tensions Si vous avez quelque chose à noter 1 Nous allons découvrir ensemble les lois des tensions pour un circuit série et pour un circuit dérivation. Première loi EXPÉRIENCE MATÉRIEL Faites le montage défini par le schéma ci-dessous, et composé de : une lampe ; une ampoule ; une pile de 12 V ; un interrupteur ; trois voltmètres (V, V 1, V 2 ); des fils conducteurs. A Nous allons nous intéresser aux tensions mesurées par les voltmètres V, V 1 et V 2. MESURES ET CALCULS Fermez l interrupteur, affinez le réglage des calibres des voltmètres et reportez les valeurs C, N et G nécessaires au calcul des tensions dans le tableau de la page suivante. Chapitre V 1 V 2 V Lois des tensions B C

8 EXPÉRIENCE C N Calculez à présent les tensions entre A et B, entre B et C puis entre A et C. Chapitre U AB = U BC = CONCLUSIONS U AC = V V 1 V G En comparant les valeurs trouvées précédemment, on constate que la tension U AC est égale à la somme des tensions U AB et U BC (aux erreurs de mesure près). U AC U AB + U BC À retenir Première loi des tensions Lois des tensions La tension mesurée aux bornes d un ensemble de récepteurs montés en série est égale à la somme des tensions mesurées aux bornes de chaque récepteur. U AC = U AB + U BC

9 2 Deuxième loi EXPÉRIENCE MATÉRIEL Faites le montage défini par le schéma ci-dessous : une lampe à incandescence L 1 ; une lampe à incandescence L 2 ; une pile de 12 V ; un interrupteur ; trois voltmètres (V, V 1, V 2 ); des fils conducteurs. V Nous allons nous intéresser aux tensions mesurées par les voltmètres V; V 1 et V 2. MESURES ET CALCULS Fermez l interrupteur, affinez le réglage des calibres des voltmètres et reportez les valeurs C, N et G nécessaires au calcul des tensions dans le tableau ci-dessous. C N P Calculez à présent les tensions entre P et N, entre A et D, puis entre B et C. Chapitre 12 N 89 V 1 U PN = Lois des tensions A D L 1 L 2 V 2 V V 1 V G B C

10 EXPÉRIENCE Chapitre U AD = CONCLUSIONS U BC = En comparant les valeurs trouvées précédemment, on voit que les trois tensions sont égales (aux erreurs de mesure près). U PN U AD U BC À retenir Deuxième loi des tensions Dans un circuit présentant des récepteurs montés en dérivation, la tension mesurée aux bornes du générateur est égale à la tension mesurée aux bornes de chaque récepteur. U PN = U AD = U BC Lois des tensions

11 Entraînement > Exercice 1 Soit le montage électrique composé de : une pile de 6 V ; un interrupteur ; un récepteur R 1 ; un récepteur R 2 ; des fils conducteurs. A a) Refaites le schéma de montage de ce circuit à partir de la figure cidessous, en précisant le sens du courant et en plaçant les appareils nécessaires pour mesurer : l intensité du courant ; les tensions aux bornes des récepteurs R 1 et R 2. b) La tension entre A et B, le circuit étant fermé, est mesurée par un voltmètre analogique dont les indications sont : C = 10 V G = 100 N = 17,5. On demande de calculer cette tension. c) La tension entre B et C est de 4,25 V. Écrivez la première loi des tensions pour U AB, U BC et U AC Chapitre R 1 R B Lois des tensions C

12 Entraînement Calculez la tension entre A et C. d) La tension entre B et C étant mesurée par un voltmètre réglé sur le calibre 15 V, calculez la position de l aiguille du voltmètre sur la graduation > Exercice 2 Soit un montage défini par le schéma ci-dessous et composé de : une pile de 12 V ; deux récepteurs R 1 et R 2. a) Quelle est la tension entre A et B (sans calcul)? Justifiez votre réponse. b) Le voltmètre mesurant la tension entre les points C et D, le circuit étant fermé, est réglé sur le calibre C = 30 V. Déterminez la graduation sur laquelle on fera la lecture, sachant que l aiguille se stabilise sur la division N = 60. Chapitre P N R 1 A B Lois des tensions R 2 C D

13 Chapitre 13 Dipôle passif linéaire Loi d Ohm Si vous avez quelque chose à noter 1 L objet de ce chapitre est de chercher une relation entre l intensité et la tension d un courant électrique. Pour cela, nous avons besoin d utiliser deux nouveaux appareils : Un dipôle passif (résistor) dont le schéma est : Un rhéostat (qui permet de faire varier l intensité du courant électrique), dont le schéma est : Comportement d un dipôle passif Un dipôle (appareil électrique à deux bornes) est passif lorsque toute l énergie qu il absorbe est transformée en chaleur. EXPÉRIENCE MATÉRIEL Soit le montage défini par le schéma de la page suivante, et comprenant : un dipôle passif ; un rhéostat ; un ampèremètre ; un voltmètre ; une pile de 6 V ; un interrupteur ; des fils conducteurs. Faites-vous aider par le professeur pour le choix du dipôle passif ainsi que pour le montage du rhéostat. Chapitre Dipôle passif linéaire Loi d Ohm R

14 EXPÉRIENCE MESURES ET CALCULS a) Réalisez le montage de ce circuit. Fermez le circuit. Faites varier l intensité I (en agissant sur le rhéostat) et mesurez les tensions correspondantes. > Reportez ces valeurs (U et I) dans le tableau ci-dessous. Intensité I Tension U Rapport U I b) Complétez le tableau, après avoir calculé tous les rapports U. I c) Calculez à présent la valeur moyenne (k moy ) de tous les rapports U. I CONCLUSIONS En comparant les rapports U/I calculés précédemment, on constate qu ils sont tous proches de la valeur moyenne. On admettra qu ils sont tous égaux, et donc que les valeurs des tensions et des intensités sont des grandeurs proportionnelles. Chapitre 13 A k moy = Dipôle passif linéaire Loi d Ohm V R

15 À retenir Il existe une relation de proportionnalité entre la tension U mesurée aux bornes d un dipôle passif et l intensité I du courant qui le traverse. 2 Loi d Ohm EXPÉRIENCE MANIPULATIONS OBSERVATIONS Reprenez à présent le tableau de valeurs établi précédemment. Intensité I Tension U > Tracez dans un système d axes la courbe représentant la tension U en fonction de l intensité I (choisissez avec le professeur des échelles qui conviennent). Tension U O Chapitre 13 I 95 U = k I DIPÔLE PASSIF U Dipôle passif linéaire Loi d Ohm Intensité I

16 EXPÉRIENCE Vous observez que la courbe obtenue est une droite (aux erreurs de tracé près) passant par l origine des axes (O). CONCLUSIONS a) Cette courbe s appelle la «caractéristique» de ce dipôle passif. b) Ce résultat graphique confirme la relation entre U et I obtenue précédemment, à savoir : U = k I c) La caractéristique du dipôle étudié est une droite passant par l origine, on dira que ce dipôle est linéaire. d) Le coefficient k représente la résistance (R) du dipôle passif (qui s oppose au passage du courant électrique). À retenir Loi d Ohm Lorsqu un courant électrique d intensité I traverse un dipôle passif linéaire de résistance R, la tension à ses bornes est : 3 Unité de résistance L unité légale de résistance est l ohm (symbole Ω). Exemple : résistance de 15 ohms = 15 Ω. La loi d Ohm s écrit, en exprimant U, R et I dans les unités suivantes : Chapitre 13 en volt 96 en ohm U = R I U = R I en ampère Dipôle passif linéaire Loi d Ohm

17 Entraînement > Exercice 1 La tension aux bornes d un dipôle passif linéaire est U = 4,2 V. Ce dipôle est traversé par un courant d intensité I = 70 ma. On demande de calculer : La valeur de I en ampères (on rappelle que 1 ma = 0,001 A) : La valeur de la résistance du dipôle (la loi d Ohm peut s écrire : R = U ) : I > Exercice 2 On a mesuré l intensité I d un courant qui traverse un dipôle ainsi que la tension U à ses bornes. a) Tracez la caractéristique intensité/tension de ce dipôle. (échelles : 10 ma 1 cm 1 V 5 mm). b) Ce dipôle est-il linéaire? Justifiez votre réponse. c) Calculez la résistance R du dipôle. Chapitre I = R = I (ma) , U (V) 0 1,5 3 4,4 6,1 7,8 U (V) 1 O 1O R = Dipôle passif linéaire Loi d Ohm I (ma)

18 Entraînement > Exercice 3 Soit la caractéristique intensité/tension d un dipôle passif linéaire définie dans la figure ci-dessous. a) Cherchez graphiquement les valeurs de I et de U correspondant au point A de la caractéristique. Valeur de I (en ampères) Valeur de U (en volts) b) Calculez la résistance R de ce dipôle. > Exercice 4 On donne les relevés des intensités I d un circuit «série» et les tensions aux bornes de deux dipôles. Dipôle I De ces deux dipôles, lequel est un dipôle passif linéaire? On fera les calculs nécessaires pour justifier la réponse. Dipôle I Q 3 U (volts) O 0,04 P I (A) 0,2 0,5 U (V) 0,8 5, Chapitre 13 I = U = R = Dipôle passif linéaire : Dipôle II Dipôle II Dipôle passif linéaire Loi d Ohm A I (ampères) I (A) 0,4 0,7 U (V) 9,2 16

19 Chapitre 14 Oscilloscope Courant alternatif Si vous avez quelque chose à noter 1 L oscilloscope est un appareil qui permet de visualiser une tension électrique pour deux types de courants : le courant continu ; le courant alternatif. Oscilloscope Oscillogramme a) L oscilloscope est un appareil électrique qui comporte essentiellement trois parties d utilisation : la partie «écran» ; la partie «bornes de branchement» ; la partie «zone de réglage». Écran Bornes de branchement b) Le symbole de l oscilloscope est : c) L oscilloscope se monte en dérivation aux bornes d un appareil électrique entre lesquelles on étudie la tension. Chapitre Appareil Oscilloscope Courant alternatif Zone de réglage

20 d) L écran nous montre une courbe caractéristique du courant visualisé. On appelle cette courbe l oscillogramme du courant. e) Un système d axes, à savoir l axe des temps (horizontal) et l axe des tensions (vertical), nous permettra de relever les éléments d étude de la tension U concernée. 2 Oscillogramme d un courant continu EXPÉRIENCE MATÉRIEL Soit le montage d un oscilloscope aux bornes de la pile (12 V) d un circuit défini par le schéma ci-dessous. MANIPULATION OBSERVATIONS a) Faites le montage de ce circuit, (c est le professeur qui monte l oscilloscope). Fermez l interrupteur. L oscilloscope nous donne l oscillogramme suivant : A Tension U Chapitre Écran Oscilloscope Courant alternatif U (volts) Oscillogramme Temps t t (ms)

21 EXPÉRIENCE b) L oscillogramme est une droite horizontale. Cela signifie que la tension reste constante dans le temps. c) L oscillogramme est situé sur l axe des tensions à une hauteur (A) correspondant à la tension délivrée par la pile. CONCLUSION La tension étant constante au cours du temps, on dira que le courant visualisé est continu. À retenir De la forme de l oscillogramme du courant continu a été déduit le «signal» de ce type de courant : 3 Oscillogramme d un courant alternatif MATÉRIEL Soit le montage d un oscilloscope aux bornes du générateur (prise de courant, 220 V) dans un circuit défini par le schéma ci-dessous. Chapitre 14 Prise de courant 101 U = constante Si l oscillogramme d un courant électrique se présente sous la forme suivante : Tension (V) alors ce courant est CONTINU. EXPÉRIENCE 0 ou Oscillogramme Temps (ms) Oscilloscope Courant alternatif R

22 EXPÉRIENCE MANIPULATION OBSERVATIONS a) Faites le montage de ce circuit, (c est le professeur qui monte l oscilloscope). Fermez l interrupteur. L oscilloscope nous donne l oscillogramme suivant : b) L oscillogramme est une courbe qui tantôt est située au-dessus de l axe horizontal : et tantôt située en dessous de l axe horizontal. CONCLUSIONS Cette variation de tension avec le temps est caractéristique du courant alternatif. Notre exemple montre un courant alternatif sinusoïdal. À retenir Tension (V) De la forme de l oscillogramme du courant alternatif sinusoïdal a été déduit le «signal» de ce type de courant : Chapitre Tension négative Oscilloscope Courant alternatif Temps (ms) Tension positive Si l oscillogramme d un courant électrique se présente sous la forme suivante : 0 alors ce courant est ALTERNATIF SINUSOÏDAL.

23 4 Tension efficace d un courant alternatif sinusoïdal C est la valeur de la tension mesurée par un voltmètre lorsqu il est réglé sur le signal. EXPÉRIENCE MATÉRIEL Reprenons le montage de l oscilloscope aux bornes du générateur de courant alternatif (prise de courant, 220 V). Ajoutons un voltmètre monté aux bornes du générateur. MANIPULATIONS OBSERVATIONS a) Au point B de l oscillogramme ci-dessous correspond la valeur maximale (U m ) de la tension électrique aux bornes du générateur Compte tenu de l échelle des tensions sur le graphique, on trouve : U m = 310 V b) Les éléments provenant du voltmètre permettent de calculer la tension efficace qui est : U eff = 220 V Chapitre 14 Tension (V) B U (du voltmètre) = U eff V ~ Oscilloscope Courant alternatif R Temps (ms)

24 EXPÉRIENCE CONCLUSIONS a) Faisons le rapport de la tension maximale et de la tension efficace : U m 310 = 220 = 1,409 b) Sachant que 2 = 1,41, on peut en déduire que, aux erreurs près de mesure et de calcul, on a : À retenir 5 Intensité efficace d un courant alternatif sinusoïdal C est la valeur de l intensité I eff mesurée par un ampèremètre réglé sur le signal. a) La loi d Ohm (U = R I) donne pour le courant alternatif les relations : U m = R I m et U eff = R I eff b) L expression U m = U eff 2 nous permet de déduire de ce qui précède la relation : Chapitre U eff U m U eff Dans le cas d un courant électrique alternatif sinusoïdal, la tension maximale (U m ) et la tension efficace (U eff ) sont liées par la relation : À retenir = I (de l ampèremètre) = I eff I m = I eff 2 Oscilloscope Courant alternatif 2 U m = U eff 2 Dans le cas d un courant électrique alternatif sinusoïdal, l intensité maximale (I m ) et l intensité efficace (I eff ) sont liées par la relation : I m = I eff 2

25 Entraînement > Exercice 1 On demande de compléter le texte ci-dessous : On appelle oscillogramme d une tension L oscillogramme d une tension continue est une L oscillogramme d une tension alternative permet de mesurer une tension (symbole ). La tension efficace concerne un courant et se mesure avec L oscilloscope se monte en Le symbole représente Le symbole représente > Exercice 2 Un courant alternatif sinusoïdal a une tension maximale de 106 V. a) Peut-on mesurer cette tension avec un voltmètre? OUI b) Calculez la tension efficace de ce courant (U m = U eff 2 se transforme en U eff = U m ). 2 Chapitre U eff = Oscilloscope Courant alternatif NON

26 Entraînement > Exercice 3 On donne l oscillogramme d une tension, selon la figure ci-dessous : U (V) t (ms) a) Ce courant est-il alternatif sinusoïdal? Justifiez votre réponse. b) Déterminez (graphiquement) la tension aux temps : t = 2 ms : t = 5 ms : c) Déterminez graphiquement la tension maximale de ce courant. U m = d) Calculez enfin la tension efficace de ce courant. U eff = Chapitre Oscilloscope Courant alternatif

27 > Exercice 4 Soit l oscillogramme d une tension mesurée aux bornes d un générateur. U (V) a) Le courant de ce circuit est-il alternatif ou continu? Justifiez votre réponse. b) Déterminez la valeur de cette tension. > Exercice 5 1 L oscillogramme d une tension alternative sinusoïdale a une valeur efficace de 60 V. a) Calculez la valeur maximale de cette tension. Chapitre U m = Oscilloscope Courant alternatif t (ms)

28 Entraînement b) La valeur maximale de cette tension est atteinte au bout de 5 ms. Tracez l oscillogramme de cette tension en complétant la figure ci-dessous. U (V) U m 0 5 c) Cette tension étant mesurée aux bornes d un résistor de résistance R = 120 Ω, calculez l intensité efficace du courant. Chapitre 14 I eff = Oscilloscope Courant alternatif 20 t (ms)

29 Chapitre 15 Puissance électrique Énergie électrique Si vous avez quelque chose à noter 1 Un appareil électrique consomme, lorsqu il fonctionne, une certaine quantité d énergie électrique. Celle-ci dépend de la puissance électrique de l appareil et également de son temps de fonctionnement. C est ce que nous allons étudier dans ce chapitre. Puissance électrique La puissance électrique se mesure avec un wattmètre, appareil dont voici le schéma : EXPÉRIENCE MATÉRIEL Faites le montage défini par le schéma ci-dessous et composé de : un wattmètre ; un rhéostat ; un ampèremètre ; un voltmètre ; un générateur (12 V) ; un interrupteur ; des fils conducteurs. (Faites-vous aider par votre professeur pour le montage du wattmètre.) Chapitre 15 A 109 W W Puissance électrique Énergie électrique V

30 EXPÉRIENCE MANIPULATIONS OBSERVATIONS a) Fermez l interrupteur. Faites varier le rhéostat, ce qui modifie l intensité I du courant électrique. b) Notez dans le tableau ci-dessous les séries de valeurs trouvées pour P, U et I. U I P U I c) Complétez le tableau ci-dessus, après avoir calculé les produits U I. CONCLUSIONS Pour chaque série de valeurs, le produit U I est sensiblement égal à la puissance P correspondante. P U I À retenir Chapitre Première Deuxième Troisième série série série La relation entre la puissance P, la tension U et l intensité I relatives à un appareil électrique est : I P = U I W Dans un régime alternatif sinusoïdal, cette relation devient : U P = U eff I eff Puissance électrique Énergie électrique

31 2 Puissance d un résistor Pour un résistor, en vertu de la loi d Ohm, l expression de la puissance devient : Expression de la puissance : Loi d Ohm Chapitre 15 P = U I U = R I 111 P = (R I) I = R I I Cette expression de la puissance P nous sera très utile dans de nombreux exercices. 3 Unité de puissance L unité légale de puissance est le watt (symbole W). On utilise aussi une unité multiple : le kilowatt (kw). 4 watt Énergie électrique a) On appelle énergie électrique l énergie consommée par un appareil électrique pendant un temps t. Symbole : W. Unité : Joule (J). b) Cette notion d énergie nous permet de donner une nouvelle formulation de la puissance P : c est l énergie consommée par un appareil électrique en une seconde. c) En transformant cette nouvelle expression de la puissance, on obtient une relation qui permet de calculer l énergie consommée par un appareil électrique de puissance P qui fonctionne pendant un temps t. joule P = R I 2 P = U I 1 kw = watts P = W t W = P t volt watt ampère seconde Puissance électrique Énergie électrique

32 d) On peut à présent définir deux unités multiples de l énergie : le wattheure (Wh) si on prend comme unité de temps l heure ; le kilowattheure (kwh). 5 Mesure de l énergie électrique On mesure l énergie électrique consommée avec un compteur d énergie. Ce dernier nous donne deux éléments de calcul : sa constante C qui est la consommation (en kwh) pour un tour du disque ; le nombre N de tours du disque enregistrés par le compteur d énergie. Exemple Un compteur d énergie a une constance C = 2 kwh. Le fonctionnement d un grille-viande provoque une rotation du disque de ce compteur de 2,5 tours. Énergie consommée par le grille-viande : W = C N = 2 2,5 = 5 Cette énergie, exprimée en joules, aurait pour valeur : W = 5 kwh } W = Wh J 6 Énergie consommée par un résistor Un résistor, de résistance R, traversé par un courant I pendant un temps t consomme une quantité d énergie W égale à : Chapitre 15 joule Wh = J 1 kwh = Wh W = C N W = 5 kwh W = J ohm W = R I 2 t ampère seconde Puissance électrique Énergie électrique

33 Entraînement > Exercice 1 On veut mesurer l énergie électrique consommée par un appareil avec un compteur d énergie de constante : C = 2,3 Wh/tr Le disque du compteur fait 5 tours en 1 min 55 s. a) Calculez et exprimez en joules l énergie consommée par l appareil pendant 1 min 55 s. b) Calculez à présent la puissance de cet appareil. Exprimez le temps t = 1 min 55 s en secondes. Calculez la puissance de l appareil électrique concerné. > Exercice 2 Un grille-viande a une puissance de watts. Calculez l énergie consommée pour griller une demi-volaille, sachant que le temps de cuisson correspond à une durée de fonctionnement de l appareil de 25 min. a) Exprimez en secondes t = 25 min. Chapitre W = t = P = t = Puissance électrique Énergie électrique

34 Entraînement b) Calculez en joules l énergie consommée par le grille-viande. c) Exprimez enfin cette énergie en kwh. > Exercice 3 Une lampe de 15 watts est montée dans un circuit électrique défini par le schéma ci-dessous. a) Que représente l expression 15 watts? b) L intensité du courant dans ce circuit est de 1,5 A. Calculez la tension aux bornes de la lampe. Chapitre 15 W = W = U AB = A B Puissance électrique Énergie électrique

35 c) Déduisez-en la tension aux bornes du générateur. d) Calculez la résistance de la lampe (à 0,01 près). e) Calculez l énergie consommée par la lampe si elle fonctionne pendant 2 h 30 min. Exprimez t = 2 h 30 min en heure avec un nombre décimal. Calculez l énergie consommée en Wh. f) La constante du compteur utilisé pour mesurer cette énergie est C = 2 Wh/tr. Calculez le nombre de tours que fera le disque du compteur (la relation W = C N peut s écrire sous la forme : Chapitre U = R = t = W = N = N = W C ). Puissance électrique Énergie électrique

36 Entraînement > Exercice 4 Soit la plaque signalétique d un grille-viande : a) Que signifient les indications suivantes de la plaque? 220 V :... : watts :... b) Calculez l intensité efficace du courant circulant dans cet appareil à 0,1 près par excès. c) Calculez l énergie consommée par cet appareil au bout de 30 min de fonctionnement. Chapitre 15 I eff = W = TYPE CODE V watts Modèle déposé kwh Puissance électrique Énergie électrique