Ch 5 p 11 IV - Installation électrique et facture E.D.F 4.1 Quel abonnement choisir? Quand on se connecte au réseau E.D.F on doit choisir un type d abonnement, c est à dire la puissance maximale que pourra consommer l installation à un moment donné. Plus on souhaite avoir une installation puissante plus l abonnement est cher. L abonnement détermine la puissance maximale de l installation. (elle est indiquée en kva sur le contrat) Si on dépasse cette puissance à un instant donné l installation disjoncte. 4.2 Calcul du prix de la consommation. Prix à payer = Nb de KWh utilisés x prix d 1kWh 4.3 Différentes indications sur la facture. 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, le calcul de la consommation en KWh (3) et (4). Puis on trouve le prix du kwh hors taxe : 0,0779 centimes d Euro par kwh (5). En multipliant la colonne (4) par la colonne (5) on trouve le prix de la consommation. On y ajoute le prix de l abonnement (6) pour trouver le prix hors taxe. Dans les colonnes (7) et (8) apparaissent différentes taxes (10% de taxes locales et 18% de TVA). Enfin en ajoutant les colonnes (6), (7) et (8) on trouve le prix TTC à payer.
Ch 5 p 10 Questions 1) Quels sont les trois appareils électriques qui consomment le plus d'énergie électrique dans une maison (fig. 4) Le réfrigérateur congélateur ; le sèche linge et le lave vaisselle. 2) Quelle est la consommation électrique du lave-vaisselle (donné en exemple sur la fig 5) au cours d'un cycle de lavage? Elle est de 1,05 kwh par cycle 3) Quel est l'intérêt d'une étiquette «énergie» sur les appareils électriques ménagers? Elle permet au consommateur de choisir l appareil qui..
Ch 5 p 9 Pour avoir la consommation d énergie journalière de cette famille, il suffit de diviser la consommation annuelle par le nombre de jours, donc elle vaut 15058/365 = 41,25 kwh par jour. 3) La puissance totale fournie par EDF est 6 kw. Que se passera-t-il si le lave-linge (2 500 W), le sèche-linge (2 600 W) et le four électrique (2 000 W), fonctionnent en même temps? Si les trois appareils fonctionnent en même temps, ils consomment une puissance totale de 2,5 + 2,6 + 2 = 7,1 kw. Cette valeur est supérieure à la puissance totale fournie par EDF : le disjoncteur va se déclencher. 4) Quelles sont les deux taxes qui s'appliquent au tarif de l'électricité? Les deux taxes qui s appliquent au tarif de l électricité sont les taxes locales et la TVA. 5.2 Des appareils plus ou moins «voraces» (Hatier p 181)) Nous utilisons régulièrement des appareils électroménagers qui, pour la plupart, contribuent à améliorer notre qualité de vie et à alourdir notre facture énergétique. Tous ne pèsent pas sur le budget des ménages de la même façon ; la part d'un réfrigérateur-congélateur par exemple est beaucoup plus importante que celle d'un téléviseur (fig. 4). Aujourd'hui, pour informer et guider les consommateurs lors d'un achat, les appareils électroménagers portent une «étiquette énergie» (fig. 5). Ce type d'étiquette est apparu en 1994 à l'initiative de l'union Européenne. Il est important de savoir la lire si l'on veut réduire sa consommation d'électricité et se faire une idée de l'efficacité du produit. Elle permet de comparer rapidement les consommations électriques d'appareils de différents modèles sur une échelle allant de A (économe) à G (peu économe) (fig. 5). En général, les appareils de classe A sont plus chers à l'achat, mais le surcoût peut être amorti par les économies qu'ils permettent de réaliser. Ainsi, la consommation peut être divisée par deux entre un appareil de classe E et un appareil de classe A. L'étiquette «énergie» donne aussi, selon les appareils, d'autres informations, comme par exemple la nuisance sonore dans le cas du lave-vaisselle de la figure 5. Grâce à l'étiquette «énergie», l'acheteur peut se faire une idée des performances de l'appareil qu'il s'apprête à acquérir.
Ch 5 p 8 V - Etude de documents 5.1 Que nous apprend une facture d'électricité? (Nathan p 238) À l'entrée de l'installation électrique d'une habitation, le compteur d'énergie électrique est l'appareil de mesure de l'énergie électrique «consommée» au cours des activités quotidiennes. Le fournisseur d'électricité établit une facture du prix à payer pour l'énergie électrique consommée, mais aussi pour l'abonnement, c'est-à-dire l'accès au service de distribution d'électricité. Quelles informations nous sont communiquées sur une facture d'électricité? Questions 1) Quelle quantité d'énergie électrique a été transférée à l'installation d'après cette facture? En heures creuses : E 1 = 52 625 47 467 kwh = 5 158 kwh En heures pleines : E 2 =12 449 2 549 = 9 900 kwh Au total, cette famille a donc consommé E 1 + E 2 =5158 + 9900 = 15058 kwh. 2) Quelle est la consommation journalière de cette famille? Cette facture est élaborée pour la période allant du 9 mars 2007 au 9 mars 2008, soit une durée de 1 an ou 365 jours.
E = E 2 E 1 = 1056 1053 = 3 kwh. Ch 5 p 7 3) Compare le résultat précédent au produit Px t. (La puissance P de la plaque est exprimée en kw et la durée t du fonctionnement en heure.) Pxt = 1,5 x 2 = 3 kwh On remarque que les résultats sont identiques. 4) Quelle relation peut-on écrire entre la puissance P d un récepteur fonctionnant pendant une durée t, et l énergie électrique E consommée? E = Pxt 5) Exprime, en joule, l'énergie consommée par la plaque chauffante. Il faut revenir aux unités légales. C'est à dire le watt pour la puissance et les secondes pour le temps. Donc E = 1500 x (2x3600) =10 800 000 J =1,08.10 7 J 4.3 Conclusion La puissance électrique P est une grandeur instantanée, c est à dire que c est l énergie «consommée» par un appareil ou une installation pendant une seconde. Par contre l énergie E tient compte de la durée totale d utilisation (E.D.F ne fera pas payer le même prix si on utilise une lampe halogène pendant 5 minutes ou pendant 10 heures! ) Un récepteur de puissance P, fonctionnant pendant une durée t, consomme une énergie électrique E telle que E = P x t. L unité d énergie du système international est le Joule (J). Cependant, cette unité n est pas utilisée car trop petite. On utilise plus souvent le wattheure (Wh) et le kilowattheure (kwh). 1 kwh correspond à l énergie consommée par un appareil de puissance 1 kw utilisé pendant une durée de 1 heure. E s'exprime en Joules E s'exprime en Wattheure Conversion : si si P est en t en 1 Wh =... W x... h...... P est en t en =... W x...... s...... donc =... J 1 Wh =... J 1 kwh = =... J
Ch 5 p 6 IV - L énergie électrique 4.1 Le compteur électrique (Belin p 162) Le compteur d'énergie électrique (fig 6) mesure l'énergie électrique consommée par une habitation depuis l'instant où le compteur a été posé. Cette énergie est transférée aux appareils électriques branchés sur le secteur. Elle sert à chauffer (radiateur, four,...), à éclairer (lampe,...) ou à faire fonctionner des moteurs (machine àlaver, sèche-linge,...). Un appareil reçoit de l'énergie électrique et la transforme en d'autres formes d'énergie uniquement lorsqu'il fonctionne, c'est-à-dire quand il est traversé par un courant électrique. Unité de l énergie électrique Energie électrique Quels sont le nom et le symbole de l'unité de la mesure affichée sur le compteur (fig.6)? 4.2 Expérience (Hatier p 177) On place cristallisoir contenant de l'eau à la température ambiante sur une plaque chauffante de puissance nominale P max =1500 W (fig 7). Notons la valeur affichée sur le compteur. Branchons le compteur et, au même instant, déclenchons le chronomètre. Relevons la valeur affichée sur le compteur deux heures plus tard (fig. 8). Fig 7 Fig 8 1) Quelle est la transformation d'énergie réalisée par la plaque au cours de l'expérience? La plaque chauffante transforme l énergie électrique en énergie thermique. 2) Quelle est la quantité d'énergie électrique E fournie à la plaque pendant la durée du fonctionnement? Exprime le résultat en kwh. Au début de l expérience, le compteur indique 1053 kwh (E 1 ) A la fin de l expérience, au bout de 2 heures, on peut lire E 2 = 1056 kwh La quantité d énergie consommée par la plaque au cours de l expérience est donc :
Ch 5 p 5 5) Que se passe-t-il si l'intensité du courant dépasse la valeur de l'intensité notée sur le coupe-circuit? À quoi correspond cette valeur? Dans ce cas, le fil fusible contenu dans la cartouche va chauffer et fondre et ainsi ouvrir le circuit. Cette valeur correspond à la valeur d intensité maximale que peut supporter le fusible avant de fondre. 6) Qu'est-ce qu'une surintensité? Quelle conséquence peut-elle avoir si le circuit n'est pas protégé par un coupe-circuit? On dit qu il y a surintensité si un courant électrique trop intense traverse le circuit électrique. Ce phénomène peut se rencontrer si, par exemple, trop d appareils sont branchés en même temps. Si le circuit n est pas protégé par un coupe circuit, cette surintensité va faire chauffer les fils conducteurs et peut provoquer un incendie. 7) Quel est le risque pour les installations en cas de surintensité? Quel est le rôle d'un coupe-circuit? Pour conclure : En cas de surintensité, il y a échauffement des conducteurs, donc un risque d incendie pour les installations. Le coupe circuit permet d ouvrir le circuit (en fondant dans le cas d un fusible) si l intensité du courant qui le traverse est supérieure à la valeur d intensité maximale que le fusible supporte. Cette ouverture du circuit évite l échauffement excessif des fils et le risque d incendie. 8) Quelle puissance électrique maximale peut être délivrée par la multiprise (B) Question test : La multiprise du document B peut délivrer au maximum une puissance de 3 680 W ou 3,680 kw. 3.2 Conclusion Le passage du courant dans un conducteur provoque l échauffement de celui ci. Si cet échauffement est trop important, le conducteur peut être endommagé et il y a un risque d incendie dans l installation. Les fabricants indiquent une valeur maximale d intensité du courant qui peut traverser un câble sans l endommager. Il y a surintensité si l intensité du courant dans un installation électrique dépasse la valeur de sécurité : dans ce cas, afin de protéger l installation, des coupe circuits adaptés ouvrent le circuit.
III - Comment protéger les installations? Ch 5 p 4 3.1 Expérience (Nathan p 234) On enroule un fil de cuivre autour de la sonde d'un thermomètre et on le place en série avec un générateur et une lampe «6 V, 25 W». On relève la température au début de l'expérience, puis après quelques minutes. Au dos de cette multiprise comme sur les autres appareils électriques domestiques, on observe les valeurs nominales de puissance et de tension Cette sorte de coupe-circuit est présente dans les tableaux électriques des installations domestiques. Le fusible qu il contient fond en cas de surintensité Questions 1) Comparer les températures du fil de cuivre au début et à la fin de l'expérience. (A) Entre le début et la fin de l expérience, la température passe de 19,6 C à 42,8 C. Il y a donc échauffement du fil de cuivre au cours de l expérience. 2) Quelles valeurs électriques peut-on lire sur la multiprise? (B) Quelle grandeur peut-on en déduire? Sur la multiprise, on peut lire la valeur de la tension nominale (230 V) et la valeur de la puissance nominale (3 680 W). De ces deux valeurs, on peut déduire la valeur de l intensité qui traverse cette prise en fonctionnement normal : P = UxI donc I=P/U =3 680/230 = 16 A. 3) Quelle est l'intensité notée sur le fusible? (C) L intensité notée sur le fusible est 10 A. 4) Quelle conversion d'énergie se produit-il dans le fil de cuivre? Dans le fil de cuivre, il y a conversion d énergie électrique en énergie thermique.
Complétez le tableau suivant Ch 5 p 3 Puissance nominale P (W) Tension nominale U (V) Intensité I (A) Calcul de U x I Lampe L 1 1,8 6 0,29 1,74 Lampe L 2 6 6 1,03 6,18 Quelle relation mettent en évidence les résultats? On remarque que P=UxI 2.2 Expérience 2 Réalisons la même expérience en remplaçant la lampe par d autres appareils et en utilisant la tension du secteur. Puissance Tension Intensité nominale P (W) U (V) I (A) U x I lampe 40 220 0,18 39,6 Mini-four 900 218 4,05 882,9 Fer à repasser 1200 219 5,4 1182,6 Radiateur 600 217 2,62 568,5 Perceuse 450 220 0,92 202,4 Robot ménager à vide 220 0,34 74,8 500 en fonction 218 2,90 632,2 Que pouvez-vous en déduire? La relation n est pas toujours vérifiée. On remarque qu elle ne l est pas pour la perceuse et le robot ménager à vide. 2.3 Conclusion Un appareil alimenté par un générateur de tension alternative est parcouru par un courant alternatif. Les mesures de tension et d intensité réalisées avec des multimètres en mode alternatifs sont donc des valeurs efficaces. La puissance électrique P en watts (W), «consommée» par un appareil électrique alimenté sous une tension U (V) et parcouru par un courant d intensité I (A) est égale au produit UxI. P = U x I Cette relation n est valable que pour les appareils qui transforment l énergie électrique uniquement en chaleur (résistances par exemple). Pour les autres appareils (moteur par exemple) la puissance consommée est inférieure au produit UxI.
Questions 1) Quelle est l'unité de puissance dans le S. I. (système international)? Quel est son symbole? C est la watt, de symbole W Ch 5 p 2 2) Que signifient kw et MW? Le kw et le MW sont des multiples du watt. 1 kw=1 000 W=10 3 W et 1 MW=1 000 000 W=10 6 W 3) Utilisez les puissances de dix pour exprimer, en watt, la puissance électrique d'un moteur de TGV et celle d'une centrale nucléaire. TGV 8,8 MW = 8,8.10 6 W et pour la centrale nucléaire 1,2 GW=1,2.10 9 W 1.2 Conclusion Sur la plaque signalétique d'un appareil électrique figurent deux valeurs (fig.2) : - la tension nominale exprimée en volt (V) - et la puissance nominale exprimée en watt (W). Le watt est l'unité de puissance du système international (S. I.). La puissance nominale des appareils domestiques varie de quelques dizaines de watts (W) à quelques kilowatts (kw) On appelle «puissance nominale» la puissance électrique reçue par l'appareil lorsqu'il est alimenté sous sa tension nominale. L'appareil fonctionne alors normalement. Fig 2 II - Puissance, tension et intensité 2.1 Expérience 1 (Hatier p 175) Soit deux lampes L 1 et L 2.. Relevons leurs caractéristiques sur leur culot : L 1 (6V ; 1,8 W) L 2 (6V ; 6 W) Fig 3 Alimentons ces lampes sous leur tension nominale (6V) et mesurons les intensités efficaces I 1 et I 2 des courants qui traversent respectivement les lampes L 1 et L 2. Remarque : nous travaillons en courant alternatif. L'ampèremètre en mode AC mesure donc la valeur efficace de l'intensité du courant. Fig 4 Fig 5 L 1 L 2
Ch 5 Puissance et énergie électriques Ch 5 p 1 Objectifs : Repérer les indications sur un appareil Connaître l unité de puissance et les ordres de grandeurs des puissances électriques domestiques. Connaître les conditions de sécurité pour l intensité et le rôle d un coupe-circuit. Calculer l énergie électrique transférée à un appareil et l exprimer en joules et en kilowattheures. I - Quelle est la puissance électrique des appareils domestiques? 1.1 Etude de document (Hatier p 174) Relevez la puissance électrique des différents appareils (fig.l). Fig 1 Classez les appareils par ordre de puissance croissante et complétez le tableau ci-dessous. Appareil Puissance électrique Appareil Puissance électrique