Grandeurs électriques : énergie, puissance, tension et courant
Document 1 : Facture d’électricité d’un appartement témoin :Document 2 : Puissance de quelques appareils électriques http://www.maconsoelec.com/
Appareil Puissance W
Four 790 W
Four micro-onde 1500W
Plaque de cuisson 2x1200W ; 1x1700W ; 1x2100W
Frigo 300W
Bouilloire électrique 2500W
Grille pain 1000W
Eclairage (1 ampoule) 75W Radiateur électrique 2800W
Télévision 100W
Ordinateur 50W
Box 17W
Document 3 : Abonnement
Souscrire un contrat de fourniture d'électricité implique d'avoir choisi la puissance de son compteur électrique. Ce choix n'est pas anodin puisqu'il aura des conséquences financières (le coût de votre abonnement) et pratiques (le compteur disjonctera si il est sous dimensionné).
Le choix du compteur ErDF va dépendre de votre installation électrique et de la puissance déployée par vos appareils électriques lorsqu'ils seront utilisés en même temps.
I. Puissance et énergie :
1. Quelle est l’unité utilisée en électricité pour mesurer la quantité d’énergie électrique E consommée ? Relever dans les différents documents les multiples ou les sous-multiples de cette unité et préciser leurs correspondances.
2. Quelle est l’unité de la puissance P d’un appareil électrique ?
3. D’après les unités, quelle est la relation entre E et P ? En déduire ce qu’est la puissance électrique.
4. En physique, l’unité généralement utilisée pour mesurer une énergie est le Joule (symbole J) et l’énergie utilisée pour mesurer une puissance est le Watt. Donner la correspondance entre 1J et 1W.
5. Calculer la correspondance entre 1J et 1kWh.
II. Intensité et tension
1. Comprendre les deux grandeurs
Indiquer un sens de déplacement du courant d’eau dans le circuit. Qui impose ce sens ?
Comparer l’eau avant et après le radiateur.
Pour évaluer cette différence d’état, que proposez- vous de mesurer. Comment brancherait-on
l’appareil permettant de réaliser cette mesure ?
Pour connaître l’énergie rayonnée par le radiateur, que faut-il mesurer d’autre ? Quel appareil utiliser ?
Indiquer le sens du courant dans le circuit.
Qui impose ce sens ?
Que pensez-vous des porteurs de charges avant et après la lampe ?
Pour évaluer cette différence d’état, de quel appareil dispose-t-on ? Comment le
brancher ?
Pour connaître l’énergie électrique reçue par la lampe, que faut-il mesurer d’autre ? Quel
a. A
b. V
comment et où doit-on le brancher ?
Quels sont les rôles de la chaudière ?
appareil utiliser ? Comment et où doit-on le brancher ?
Quels sont les rôles du générateur ?
2. Le courant électrique a. Définition
C’est un déplacement de charges électriques, ordonné par le générateur : Les charges positives se dirigent du + vers le – des pôles d’un générateur Les charges négatives se dirigent du – vers le + des pôles d’un générateur b. Le courant électrique dans les métaux
Les métaux sont formés d’un même type d’atomes, empilés les uns sur les autres ; par exemple, le cuivre est formé d’atomes de cuivres contenant 65 protons dans son noyau et donc 65 électrons autour de ce noyau.
Parmi ces 65 électrons, il y a (par atome) 1 ou 2 électrons « sauteurs » qui passent facilement d’un atome à l’autre, mais en moyenne, chaque atome compte toujours 65 électrons.
Lorsque le fil de cuivre est relié aux bornes du générateur, celui-ci impose à tous les électrons sauteurs un sens de
déplacement : le courant électrique apparaît. Les protons, eux, restent fixes : ils ne se déplacent pas !
c. Sens conventionnel du courant :
Parce que les effets du courant se manifestent différemment suivant le sens de branchement d’un circuit aux pôles du générateur (exemple : sens de rotation d’un moteur), on a choisi un
« sens » du courant : par convention, on dit qu’il circule du pôle + au pôle – du générateur (à l’extérieur du générateur)
Rq : le sens du courant est le sens de déplacement des porteurs de charges positifs ! Il est donc contraire au sens de déplacement des électrons.
d. Intensité du courant électrique : C’est le débit de quantité d’électricité
e. Mesure et représentation :
L’intensité du courant se mesure avec un ampèremètre qui se place en série dans la branche où on veut faire la mesure. L’ampèremètre est un compteur : il compte le débit de quantité
d’électricité.
Branchement de l’ampèremètre mesurant l’intensité représentée :
La flèche dessinée sur le schéma représentera le sens de branchement de l’ampèremètre, et non le sens réel du courant
- Si le résultat de la mesure est positif ( I > 0 ) : le courant circule bien dans le sens de la flèche - Si le résultat de la mesure est négatif ( I < 0 ) : le courant circule réellement dans le sens
opposé à celui qu’indique la flèche représentant le sens de mesure.
3. La tension électrique :
a. Potentiel électrique V d’un point d’un circuit : C’est l’état électrique du point considéré b. Tension U : C’est la différence de potentiel entre deux points d’un circuit.
La tension se mesure en Volt (V) ; elle est mesurée entre deux points d’un circuit Soient A et B les bornes d’un dipôle. Il est possible de mesurer VA-VB ou VB-VA
On note UAB la différence VA-VB et UBA la différence VB-VA
Conséquence : UAB= - UBA
La tension peut donc prendre des valeurs positives ou négatives ; c’est une grandeur algébrique.
c. Mesure et représentation :
Le voltmètre est un comparateur : il compare d’état électrique (potentiel) des deux points du circuit auxquels il est relié.
Mesure au voltmètre
Soit un dipôle dont les bornes sont A et B. On cherche à mesurer la tension UAB entre ses bornes.
Avec A relié à la borne V du voltmètre B relié à la borne COM
Représentation
Au lieu de dessiner le voltmètre, on utilise une flèche pour indiquer sur un schéma quelle est la tension mesurée
Rq : on ne mesure pas toujours une tension positive
A B
UAB
A I
Borne A Borne COM
A B
V
