CH9: Énergie électrique et effet Joule

CH9: Énergie électrique et effet Joule

Objectifs:

Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine:

Les exercices sont à faire en fonction de la progression en classe.

A lire Documents pages 88-89 et activités 1&2 pages90-91

Cahier de brouillon :exercices tests 1 à 4 p93 ( solutions 159 ).

Cahier d’exercices:7,8,9,11,13,16,17,22 et 24 p94-97

Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à faire sur le cahier de brouillon pendant toute l’année.

Tous les schémas d'électricité sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle.

* Comprendre une facture d’électricité

* Connaître et savoir utiliser la loi d’Ohm

L’énergie et ses conversions

E

P X ∆ ∆ ∆ ∆ t

L’énergie consommée E par un appareil est égale au produit de la puissance reçue par l’appareil P par la durée de fonctionnement

∆ ∆ ∆ ∆ t .

E = P ^X ∆ ∆ ∆ ∆ t

* Si t ( h )est exprimé en heure et P ( W ) en watt:

E = P x ∆ ∆ ∆ ∆ t ^{= W x h} = Wh ( Wattheure )

A) Définition.

I) Énergie électrique

* Si ∆ ∆ ∆ ∆ t ( s )est exprimé en seconde et P ( W ) en watt:

E = P x ∆ ∆ ∆ ∆ t ^{= W x s} = J ( Joule )

ATTENTION

On allume à 18h, une lampe de puissance 100W à 22h30 on l’éteint. Quelle sera l’énergie consommée par cette lampe?

De quelles grandeurs physiques dépend l’énergie consommée?

B) Expression de l’énergie consommée.

Dans le S.I , l’unité de l’énergie est le Joule de symbole J.

“ Les électriciens ” trouvent que cette unité le Joule est petite, ils lui préfèrent le Wattheure ( Wh ) ou ses multiples ( kWh ).

1 W x h = 1 W x 3600 s = 3600 W x s 1 W h = 3600 J 1kWh = 10⁺³ Wh , 1kJ = 10⁺³ J

*L’énergie se mesure avec un wattheuremètre

ou compteur électrique: C= 5Wh / tour.

Wh

1 J = 1 W h 3600

C) Unité de l’énergie électrique.

D) Mesure de l’énergie électrique

II) Calcul de l’énergie consommée par les appareils.

Cafetière: , fer à repasser:

, lampe:

machine à laver:

micro-onde: , radiateur:

920W(15min) 1,84kW( 1h45min)

115W ( 5h) 3,45kW(3h 30min)

1,15kW(25min) 2,76kW(5h 40min) A) Comment estimer l’énergie totale consommée?

Un particulier a chronométré la durée de fonctionnement de chaque appareil. Il a relevé sur la plaque signalétique de chaque appareil sa puissance nominale.

Comment estimer l’énergie consommée par chaque appareil?

* La durée de fonctionnement

t

1jour = 24 h

ATTENTION !!!! ATTENTION !!!! ATTENTION !!!!

, 90min = 90/60= 1,5 h , 7200 s = 7200/3600= 2 h

j=1 j=6

P

920x0,25

+ P

+1840x1,75

+ P

+ P

+3450x 3,5

+ P

+115x 5

+ P

+ 2760x 5,67

E

=

E

= ^{32232,2 16100 16583 3450 4025 230} Wh

E

= Σ Σ Σ Σ ^P

x t

=

+ 1150x 0,42

B) Énergie totale consommée par les appareils.

E

= 32,2322 k ^Wh

Quelle est alors l’énergie totale consommée?

j=1 j=6

E

+ E

+ E

+ E

+ E

+ E

E

= Σ Σ Σ Σ E

=

Cafetière: , fer à repasser:

, lampe:

machine à laver:

micro-onde: , radiateur:

920W(15min) 1,84kW(1h45min)

115W ( 5h) 3,45kW(3h 30min)

2,76kW(5h 40min)

1,15kW(25min)

A) Schéma du montage et réalisation expérimentale.

K

III) Loi d'OHM et effet Joule.

On souhaite trouver la relation entre la tension U aux bornes d'une résistance ( VBN ) , l'intensité I qui la traverse et la valeur de la

résistance R . Proposer un schéma et un protocole expérimental.

1) Mode opératoire et tableau de mesure.

On varie la tension délivrée par le générateur continu ajustable (0V;3V;4,5V;6V;7,5V), on note respectivement l’intensité du courant qui traverse la résistance I ( A) et la tension à ses bornes U (V) dans le tableau de mesure.

U ( V ) I ( A ) U( V ) I ( A )

3 0,02

50

4,5 0,036

55,6

6 0,054 55,6

7,5 0,071 55,6 0

0

*

Ne pas oublier de convertir I en ampère , calculer le quotient U / I et compléter la dernière ligne .

K ΑΑ

ΑΑ B

F G

L

A A

V V

U_g U I

I I

I

2)Tracé du graphique (Doc2d)

0 1 2 3 4 5 6 U(V)

I(A) Échelles:

0,02 0,036 0,054 0,0710,036 0,089 0,11

2

0,054

3

0,071

4

0,089

5

0,11

6

U ( V ) I ( A )

1 2 3 4 5 6

0,02 0,036 0,054 0,071 0,089 0,11

Axe des abscisses : axe horizontal Axe des ordonnées : axe vertical

Axe des abscisses 1cm ^.= ^0,01A

Axe des ordonnées 2cm ^.= ^1V

0,02

1

B) Conclusion:

On obtient une droite linéaire ( passe par 0 ).

La tension aux bornes de la résistance est proportionnelle à l’intensité qui la

traverse. U et I sont proportionnelles.

C) Énoncé de la loi d'OHM

Sur l’axe des ordonnées on a porté la tension U

La tension aux bornes de la résistance et l'intensité qui la traverse sont proportionnelles .

Y = a x X

a=coefficient de proportionnalité , c’est la valeur Y = a x X

U(V)

a = R

I(A) U(V)

0,036 2

0,054 3

0,071 4

0,089 5

0,11 6

0,02 1

0 et sur celui des abscisses l’intensité I .

La droite obtenue est de la forme:

Le coefficient de proportionnalité est la valeur de la résistance . ATTENTION: Cette relation n'est valable que si U est exprimée en volt ( V ) , I en ampères ( A ) et R en ohm ( ΩΩΩΩ ).

U = R x I

U(V)

U(V) U(V)

U(V)U

I(A) I(A) I(A)

I(A) I(A)

= a x I

de la résistance.

U = R x I

D) Effet Joule.

Tout conducteur ohmique, transforme l’énergie électrique consommée en énergie thermique: c’est l’effet Joule

E = P ^X ∆ ∆ ∆ ∆ t

P = U ^X I

U = R ^X I

= R ^X I X I = R ^X I ² = R ^. I ²

E = R ^. I ^{2 x} ∆ ∆ ∆ ∆ t E = R ^. I ^{2 x} ∆ ∆ ∆ ∆ t

U ^X I

= ^X ∆ ∆ ∆ ∆ t

*E ^x ∆ ∆ ∆ ∆ t R

U ²

=

*E = R ^. I ^{2 x} ∆ ∆ ∆ ∆ t Remarques:

( R , I , ∆ ∆ ∆ ∆ t connus )

( U , R , ∆ ∆ ∆ ∆ t connus )

IV) La facture d’électricité.

Combien vous payez?Comment déchiffrer une facture?

abonnement 19,75 /mois

Consommation HC du 17/01 au 17/03 Consommation HP du 17/01 au 17/03

(1) y compris le coût d’acheminement de l’électricité pour 47 % (% moyen pour le Tarif Bleu)

Consom en kWh

Montant HT TVA Total TTC en € Taxes

locales Prix kWh

Relevé ou estimation en kWh Ancien Nouveau Différence

Électricité compteur ₍₁₎ A 8,44 22,80 158,30

03617 C 889 889 0,0452

47,38 0,0768

617 617 37170

E

B D

Montant HT ( A )= 158,30 – 22,80 – 8,44 A = 127,06 €

127,06

Prix de l’abonnement ( B )= 19,75 x 2 = 39,50 B = 39,50 € Relevé Nouveau ( C ) =

39,50

3617 Prix HT ( HC) ( D ) =

+ 889 = 4056 C = 4056

4056

0,0452

Relevé Ancien ( HP) ( E ) = 37170 – 617 =36653

x 889 = 40,18 D = 40,18€

40,18

37170 – 617 =36653 E=36653

36653