Puissance et énergie électriques

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1 Plan Introduction: 1 La puissance électrique 1.1 Mesure d une puissance électrique 1.2 Puissance électrique de quelques appareils 2 L énergie électrique 2.1 Calcul de l énergie électrique consommée 2.2 La transformation de l énergie Conclusion: Exercices corrigés 7 a 9 page a 12 page a 15 page 179 Annexe: Exercice utilisant un tableur (comme Excel) Étude de facture électrique en française et malaise. Exemple de consommation électrique personnelle 1

2 1. LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE 1.1 Mesure d une puissance électrique Relever sur deux lampes différentes les indications qui y sont portées : Lampe Tension nominale en V Intensité nominale en A Puissance nominale en W Tension mesurée Intensité mesurée Produit :U x I 1 6 V 0,35 A 2,1 W 6,25 V 0,31 A 1,937 W V 0,2 A 0,7 W 3,75 V 0,17 A 0,637 W Compléter le tableau à l aide des mesures et effectuer les calculs : A = 6 V = V = La puissance électrique est le produit : P en wattsw P = U x I Uen voltsv I en ampèrea Cette relation est toujours vraie en courant continu. En courant alternatif elle n est vraie que si elle s applique pour des effets thermiques, elle reste approximativement valable dans les cas général (P = k.u.i). 1.2 Puissance électrique de quelques appareils Tension nominale Puissance nominale Intensité prévue Intensité mesurée par le professeur (avec prise male modifié pour brancher un ampèremètre alternatif) Lampe 230 V 60 W 230 V 60 W 0.27 A Bouilloire 230 V 2000 W Fer à repasser 230 V 1500 W Train électrique 25 kv 3 MW P 60 I = = = 0, 26A U 230 P 2000 I = = = 8. 7A U P I = = = 6, 52A U 230 P I = = = 120A U Remarque : si la locomotive fonctionnait sous 230 V il aurait fallu un courant (pour une puissance de 3 MW) : I = = A 230 9,1 A 6,8 A La plus grande partie du courant aurait servi à échauffer les fils. 2

3 2. L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 2.1 Calcul de l énergie électrique consommée L énergie consommée par un récepteur électrique augmente : avec la durée de fonctionnement t ; avec la puissance du récepteur P. On écrit : E = P t E en joules Jsi t en s E en Whsi t en h avec P en Watt t en secondes ou en heures Exercice d application : Une lampe de 100 W fonctionne pendant 10 minutes. Calculer en Joules et en Wh l énergie qu elle consomme : Conversion des unités : 10 min = 10 x 60 = 600 secondes 1 h 60 min x 10 min = x 60 x = = = 0,166 = 0, Consommation en énergie : Et : E = P x t = 100 x 600 = Joules = J E = P x t = 100 x 0,17 = 17 Wh 2.2 La transformation de l énergie Le compteur électrique est un compteur d énergie. Il additionne l énergie consommée en kwh : 1 kwh = 1000 Wh L énergie consommée est transformée : Energie consommée 100 % Lampe à incandescence Lumière 5 % Chaleur 95 % Energie consommée 100 % Lampe à économie d'énergie Lumière 25 % Chaleur 75 % Pour une même quantité de lumière, la lampe à économie d énergie utilise 5 fois moins d énergie car une partie de l énergie dissipée sous forme de chaleur est dissipée sous forme de lumière. 3

4 Exercices corrigés 7 a 9 page 178 4

5 Exercices corrigés 10 a 12 page 179 5

6 Exercices corrigés 13 a 15 page 179 6

7 Annexe 1: Énergie consommée par une installation électrique (utilisation du tableur Excel) I- Objectif Il s'agit de calculer la consommation électrique quotidienne moyenne d'une installation afin d'étudier de possibles économies d'énergie. II- Principe On recherche la puissance des appareils électriques qui fonctionnent dans l'installation. On détermine leurs durées moyennes d'utilisation quotidienne. On calcule l'énergie quotidienne moyenne consommée par chaque appareil. On examine quels sont les appareils qui consomment le plus d'énergie et on décide des économies à effectuer. III- Etude L'installation électrique Soit l'installation électrique d'un petit studio suivante: Puissance ( W) Durée moyenne d'utilisation quotidienne ( h ) Éclairage Chauffa ge Chauffeeau Réfrigérateu r four à microondes , ,3 2,5 Chaîne Hi-Fi Calculer la consommation d'énergie quotidienne moyenne pour chaque appareil. Le tableur EXCEL Cette étude peut être réalisée à l'aide d'un tableur comme EXCEL, par exemple. Elle peut être conduite avec l'aide du professeur de technologie dans son cours puisque l'utilisation du tableur est abordée dès la classe de Cinquième dans cette discipline. Remplir la colonne A Elle contient les noms des appareils électriques Remplir la colonne B Elle contient les puissances de chaque appareil. Remplir la colonne C Elle contient les durées moyennes d'utilisation quotidienne. Prévoir une colonne D qui recevra les calculs des énergies consommées. 7

8 Calculer l'énergie consommée quotidiennement par l'éclairage. Recopier la formule dans toute la colonne. =B8*C8 =SOMME(D8:D13) A l'aide d'une calculatrice, calculer en pour cent, la part de l'énergie consommée pour le chauffage par rapport à la consommation totale. Représentation graphique Représenter sous forme de secteurs angulaires les énergies consommées en faisant figurer le pourcentage correspondant. On souhaite que la consommation due au chauffage ne dépasse pas les 40 % de la consommation totale. Modifier la durée de fonctionnement du chauffage pour qu'il en soi ainsi. Que devrait-on modifier dans l'habitation afin d'obtenir une même qualité de chauffage tout en réduisant son temps d'utilisation? 8

9 Annexe 2: Comparaison facture électrique française et malaise. (1) (2) (3) (4) (5) (8) (7) (6) (9) (10) (11) (1) (2) (3) Au début de chaque installation on trouve un compteur, la facture fait donc apparaître l ancienne valeur du compteur (1), la nouvelle valeur (2) et à partir de là, calcule la consommation en kwh (3) et (4). Puis on trouve le prix du kwh hors taxe : 0,078 centimes d Euro par kwh (5). En multipliant la colonne (4) par la colonne (5) on trouve le prix de la consommation (6). On y ajoute le prix de l abonnement (7) pour trouver le prix hors taxe (8). Dans les colonnes suivantes apparaissent différentes taxes (10% de taxes locales (9) et 18% de TVA (10) ). Enfin en ajoutant les chiffres (8), (9) et (10) on trouve le prix TTC à payer (11). (4) (5) (6) (11) 9

10 Annexe 3:Recherche du coût de la consommation quotidienne en kwh de notre maison Date de la lecture précédente (DAHULU) Date de la lecture (SEMANA) Nombre de jours de la période Consommati on en kwh (KEGUNA AN) Consommati on moyenne par jour Montant paye Remarque 02/07/ /07/ /09/ /09/ /11/ /11/ /01/ /07/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ RM RM RM RM RM RM RM estimation relevé estimation relevé estimation relevé estimation 28/01/ /03/ relevé Il apparaît qu une facture sur deux provient d une estimation de la consommation. Cette estimation est corrigée par un relevé la fois d après. Réponses: 1 kwh coûte MYR et on consomme en moyenne 25 kwh par jour donc un coût quotidien de 25*0.258=6.45 MYR En France avec 1 kwh a euro soit MYR (cours du 14 juin 2005) ça serai 25* =8.98 MYR 10