Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable Puissance 1 ère STI2D CI1 : Développement durable et Principes de conception des systèmes Leçon ET 1. Des grandeurs électriques de base vers la puissance électrique. 1.1. Définition du courant électrique: Le courant électrique correspond au déplacement ordonné d'électrons libres. Ils se déplacent dans un milieu dit conducteur formant un circuit électrique Si on pouvait observer un point quelconque d'un circuit électrique en fonctionnement et y compter le nombre d'électrons passant pendant un temps donné, on mesurerait alors le «débit» d'électrons libres. Ce «débit d électrons» est appelé intensité du courant électrique. Un petit nombre d électron passe dans le fil de cuivre par seconde, le débit d électron est faible, le courant est donc faible. Un plus grand nombre d électron passe dans le fil de cuivre par seconde, le débit d électron est plus important, le courant est donc grand que au-dessus. Le courant est désigné par la lettre I, il se mesure en Ampère [A]. 1.2. La résistance d un circuit électrique : En fonction de la nature du circuit électrique, les électrons, donc le courant électrique peu circulé plus ou moins facilement. La résistance électrique est notée R, il se mesure en Ohms [Ω]. Lycée Jules Ferry Versailles 1/9
1.3. Définition de la tension électrique : Pour qu'il y ait circulation des électrons, il faut qu il y ait une différence de potentiel entre deux points reliés par un conducteur électrique : 1.3.1. Par analogie, le cycle de l eau se comporte comme un circuit électrique : Le générateur de tension : Le soleil chauffe l eau qui par évaporation prend de la hauteur. Il y a donc apparition d une différence de hauteur entre l eau contenue dans les nuages et l eau du sol. (Correspond à la différence de potentiel) Les conducteur et la résistance : La pluie tombe sur les sols, rejoint les rivières et termine dans la mère à 0 mètre d altitude. Le circuit est fermé, l eau circule. En fonction du relief, celui-ci oppose une résistance plus ou moins importante à la circulation de l eau. Le courant électrique : Le débit d eau circulant dans une rivière, quantité d eau écoulée par seconde, correspond au débit d électrons, l intensité Lycée Jules Ferry Versailles 2/9
1ère STI2D Cours puissance TP 1.4.Définition de la puissance : Quelle chute d eau est la plus puissance? La puissance d une chute d eau est le produit de sa hauteur par son débit. En électricité on a : Avec P la puissance exprimée en Watt 1.5. Application: 1.5.1. Etude d une lampe torche Une lampe torche équipée de pile 6.2V alimente un lampe de 10W. Un interrupteur permet d allumer ou d éteindre l ampoule. Calculer le courant circulant dans le circuit : 1.5.1. Etude d un moteur électrique Un moteur absorbe 10 A sous une tension de 20V. Calculer la puissance électrique absorbée par le moteur : Lycée Jules Ferry Versailles 3/9
2. Des grandeurs mécaniques de base vers la puissance mécanique. 2.1. La vitesse linaire. La vitesse linéaire correspond à une distance parcourue pendant un temps donné. Exemple : 10 On dit : la vitesse V est de 10 mètres par seconde (m/s) 200 On dit : la vitesse V est de 200 kilomètres par heure (km/h) Exercice de conversion : La fourche télescopique d un engin de manutention sort à une vitesse de 10m/min. Donner!"# en m/s L engin de manutention roule au maximum à 30km/h. Donner $%& en m/s. 2.1. La fréquence de rotation. La fréquence de rotation correspond à un nombre de tours réalisés pendant un certain temps. Exemple : ' 10 ( On dit : la vitesse de rotation n est de 10 tours par seconde (tr/s) ' 200 ( On dit la vitesse V est de 200 tours par minute (tr/min) )* ou (min -1 ). Les roues de l engin de manutention tournent à 0.5 tr/s. Donner + # en tr/min. Lycée Jules Ferry Versailles 4/9
2.2. La vitesse de rotation angulaire. La vitesse de rotation angulaire correspond à un angle (en degré ou radian) réalisé pendant un certain temps. Rappel : 1 tour 360 2π rad = = La fourche du télescopique réalise un angle de 20 en 10s. Donner, -é/é en rad/s θ La motopompe (moteur + pompe) du groupe hydraulique de l engin de manutention tourne à 1500 tr/min, déterminer, $-# en rad/s 2.3. La force. L unité de la force est le newton Un newton est la force capable de communiquer à une masse de 1 kilogramme une accélération de 1 $/1 2. 3+ 3453 $ 12 345$ 1 2 Exercice : Une moto de 500 kg met 3s pour arriver à 100 km/h : Convertir V en (m/s) : Lycée Jules Ferry Versailles 5/9
Déterminer l accélération de la moto en 6 Déterminer la force exercée par la roue de la moto sur le sol. Exercice : Déterminer la force exercée par une charge de 125kg sur le crochet d un palan. Rappel : Sur terre tout corps est soumis à l accélération de la pesanteur g=9.81 6 2.4. Le couple. Le couple est le produit d une force (en N) par un bras de levier (en m). 7'.9 :9;' Lycée Jules Ferry Versailles 6/9
On considère un cycliste qui roule à vitesse constante C(N.m) C(N.m) F C(N.m) F F Pour rouler à vitesse constante, plus la pente est importante, plus la force que doit exercer la roue du vélo sur le sol pour maintenir la vitesse constante augmente donc plus le couple présent sur la roue du vélo augmente. 2.5. La puissance en mécanique Question : Qui est le plus puissant entre un cheval de course et un cheval de trait? Réponse : Le cheval de course et le plus rapide. Le cheval de trait est le plus fort. Cependant la puissance est le produit de la force (ou du couple) par la vitesse (linéaire ou de rotation) Lycée Jules Ferry Versailles 7/9
En translation <+ $ 1 En rotation =+.$,>%? 1 Application : Un transpalette électrique est dimensionné pour soulever une masse de 2 tonnes à une vitesse de 0.5 m/s. Calculer la puissance de système de levage. Le moteur électrique permettant de faire avancer le transpalette à une puissance de 0.75kW. Le moteur électrique tourne à 1500tr/min. Un réducteur de vitesse permet d adapter la vitesse de rotation du moteur électrique pour entraîner les roues. Calculer le couple présent sur l arbre moteur. 3. Notion de rendement et de transmission Lycée Jules Ferry Versailles 8/9
Dans la quasi-totalité des cas, un réducteur est présent entre l arbre moteur et la charge : Vitesse d entrée rapide : Nmot Vitesse de sortie lente : Npoulie Rapport de réduction : WXYZZY [Y Z\]XWY ^Y_XY = WXYZZY [ Y_X]éY]abW[Y Définition du rendement : tous système qui stock, transporte, module ou convertie une puissance possède un rendement @% B11%C!#?# 1 -B# (/% D/1 D#-B-#) B11%C!#?#?#C- é#(/% D/1 5 %C?#) Remarque : Le rendement total d une chaine de transmission de puissance est le produit des rendements de chacun des éléments : @(%) = @3 @2 @E. Application : Etude d un montcharge Déterminer G HI ( P elec = 10kW P arbre moteur Réducteur Moteur Nmot ηmot= 85% ηred= 55% P poulie Npoulie Charge Déterminer G JK) Calculer le rendement global L MKIHK = N OPQRST N TRTU Vérifier que L MKIHK = L ( L V Lycée Jules Ferry Versailles 9/9