Fiche élève 1/5 Nom : Prénom : Classe : Date : Objectifs : Physique Chimie ÉNERGIE ELECTRIQUE, COMPTEUR ELECTRIQUE - Comprendre que l'énergie électrique transférée à un appareil électrique dépend de la puissance de cet appareil et de la durée de son utilisation. - Lire les indications d un compteur d'électricité. L'énergie électrique E transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est donnée par la relation E = P.t L'unité légale d'énergie est le joule (J). 1 J est l énergie transférée à un appareil électrique absorbant une puissance P = 1W fonctionnant pendant un temps t = 1 s. Cependant, le compteur qui mesure la consommation d énergie électrique des installations domestiques ou industrielles utilise une autre unité : le kilowatt heure (kwh). 1 kwh est l énergie transférée à un appareil électrique de puissance P = 1 kw fonctionnant pendant un temps t = 1 h. 1 kwh est équivalent à 3,6 10 6 J. Le wattheure (Wh) est une unité peu usitée qui correspond à l énergie transférée à un appareil de puissance P = 1 W fonctionnant pendant un temps t = 1 heure. 1 Wh équivaut à 3,6 10 3 J ou encore à un millième de kwh. Les manipulations proposées ci-après nécessitent des puissances élevées : elles seront uniquement réalisées par le professeur. ACTIVITÉ 1 : étude de la "constante " d un compteur électrique non électronique. Relions au secteur une lampe (230 V-60 W) en intercalant un compteur d énergie électrique entre la lampe et la prise de courant. Energie électrique - compteur (Page 1)
Fiche élève 2/5 L observation du compteur montre qu il possède un disque en façade. a) La lampe étant éteinte, le disque tourne-t-il? b) On allume la lampe, le disque tourne-t-il?.. Le disque se met à tourner quand un appareil électrique fonctionne. Ce disque permet de comptabiliser la consommation d énergie électrique de la lampe. L inscription 250 tr/kwh, que l on peut lire sur ce compteur électrique, nous indique qu une énergie électrique de 1kWh a été transférée à la lampe chaque fois que le disque a effectué 250 tours. Ce renseignement permet de calculer la constante C du compteur électrique qui s exprime en Wh/tr et correspond à l énergie électrique transférée à chaque tour de disque. Calculer C :.. Compléter la conclusion ci-dessous avec les termes: «importante, 4Wh, grand» Conclusion Chaque fois que le disque du compteur électrique étudié a effectué 1 tour, une énergie valant... a été fournie à l'installation électrique. Plus le nombre de tours sera.., plus l'énergie électrique transférée à l installation électrique sera.. Energie électrique - compteur (Page 2)
Fiche élève 3/5 ACTIVITÉ 2 : influence de la durée de fonctionnement de l'appareil sur l énergie consommée. On fait fonctionner sur le secteur un bec électrique de puissance nominale 590W, après l avoir relié au compteur d'électricité. Un repère noir figurant sur le disque permet de compter le nombre de tours qu il effectue. Avec un chronomètre, mesurer la durée de rotation du disque en fonction du nombre de tour(s) effectué(s) et compléter le tableau de mesures suivant : Nombre de tours du disque 1 2 3 4 Durée en secondes........ E en Wh........ E en J........ Aux incertitudes de mesures près, le disque met-il toujours le même temps pour faire un tour?., Si oui quelle est cette durée t 1? t 1 =. s. Formuler une conclusion en complétant les phrases de l encadré ci-dessous avec les termes «grande, durée, importante, proportionnelle» Conclusion : plus la d utilisation d un appareil électrique est., plus l'énergie électrique qui lui est transférée est.. Pour un appareil électrique de puissance donnée, l'énergie électrique consommée est à sa durée de fonctionnement. Energie électrique - compteur (Page 3)
Fiche élève 4/5 Application Calculer le temps de fonctionnement «t» nécessaire pour que le bec électrique utilisé dans l expérience ci-dessus consomme une énergie électrique E = 1 kwh.. ACTIVITÉ 3 : influence de la puissance des appareils. En utilisant une rallonge multiprise adaptée, connectée au compteur électrique, on branche sur le secteur 3 chauffages électriques identiques de puissance nominale P = 590 W. Dans l activité 2, on a mesuré la durée «t 1 =24,1s» mise par le disque du compteur pour effectuer 1 tour quand un seul bec électrique de puissance P = 590 W fonctionne. Cette valeur a été reportée dans le tableau de mesures ci-dessous. Compter maintenant le nombre de tours que le disque effectue pendant le même laps de temps «t 1» que précédemment mais avec 2 puis 3 becs électriques en fonctionnement. Compléter le tableau de mesures suivant : Nombre de bec(s) électrique(s) en 1 2 3 fonctionnement Puissance électrique transférée 590 W. Durée pour un tour de disque (t 1 ) en secondes 24,1 s 24,1 s 24,1 s Nombre de tour 1... Énergie en Wh Énergie en J L énergie électrique consommée par les becs électriques est-elle toujours la même pendant des durées identiques selon les divers branchements?.. Energie électrique - compteur (Page 4)
Fiche élève 5/5 Aux incertitudes de mesures près, l énergie électrique utilisée par les appareils de chauffage pendant la durée t 1 =.. s. est-elle proportionnelle à la puissance de ces appareils?. Formuler une conclusion en complétant les phrases de l encadré ci-dessous avec les termes «importante, grande, puissance, proportionnelle» Conclusion : Plus la.. des appareils est.., plus l'énergie électrique qu'ils transforment est. Pour une durée d utilisation déterminée, l'énergie transférée à une installation est à la puissance totale des appareils électriques de cette installation. EXERCICE D APPLICATION : Un grille-pain de puissance nominale P = 1kW est utilisé pour toaster des tranches de pain. L'opération dure un temps t = 1 min. Le prix du kwh, hors abonnement, est 0,1085 TTC. 1. Calculer l'énergie utilisée (en J et en kwh) 2. Calculer le coût d'utilisation du grille-pain Réponses 1.. 2. Energie électrique - compteur (Page 5)