partie a : la chimie, science de la transformation de la matiere

PARTIE A : LA CHIMIE, SCIENCE DE LA

TRANSFORMATION DE LA MATIERE

12 semaines

CHAPITRE 3 : PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE

I Les transformations d’énergieII La puissance électrique

1. Valeurs nominales2. Puissance reçue par un appareil électrique3. Surintensité et dispositifs de protection

III L’énergie électrique4. Définition5. La facture d’électricité

I Les transformations d’énergieOn a vu (Cf ch1) que l’énergie existe sous plusieurs formes : l’énergie électrique, l’énergie thermique (chaleur), l’énergie mécanique (mouvement), etc…

L’unité légale d’énergie est le joule (J)

Tous les appareils que construit l’homme afin d’améliorer son confort sont des convertisseurs d’énergie. Ils reçoivent de l’énergie sous une forme et la restituent sous une ou plusieurs autres.

James Prescott Joule 1818 - 1889 physicien britannique

ENERGIE

ELECTRIQUE

ENERGIETHERMI

QUE

ENERGIETHERMI

QUE

ENERGIE

ELECTRIQUE

ENERGIERAYONN

ANTE

ENERGIETHERMI

QUE

ENERGIE

ELECTRIQUE

ENERGIEMECANI

QUE

II La puissance électrique1. Valeurs nominales

Relevons les valeurs figurant sur les plaques signalétiques de plusieurs appareils :

Sur les plaques signalétiques d’un appareil électrique, on peut lire plusieurs informations :

• La tension nominale exprimée en volt (V) : c’est la tension normale d’utilisation.

• La nature du signal (AC ou DC) permettant un fonctionnement normal de l’appareil.

• La puissance nominale exprimée en watt (W) : c’est la puissance reçue par l’appareil en fonctionnement normal. 

2. Puissance P reçue par un dipôle

IUP Watt (W)

V

A

James Watt1736-1819

Physicien Ecossais

2.1 En courant continu

effeff IUP Watt (W)

V

A

2.2 En courant alternatif

FACILEP = 3 W; U = 220 V I = P = 500 W ; I = 2,0A U = U = 3 V; I = 0,05A P =

DIFFICILEP = 2,5 mWU = 125 mV I =

P = 32 MWI = 500 A U =

U = 12 kVI = 750 mA P =

Application numérique :

Il fautCONVERTIR !

0,013 A = 1,3 mA250 V0,15 W

0,02 A = 20 mA

64 000 V = 64 kV

9000 W = 9 kW

3. Surintensité et appareils de protection

3.1 Additivité des puissances dans un circuit en dérivation

Loi des nœuds : Itotale = I1 + I2

Puissances mises en jeu :

P1 = U1 x I1 P2 = U2 x I2 Ptot = Ugéné x Itotale

Dans un circuit en dérivation on a U1 = U2 = Ugéné

Ainsi Ptot = Ugéné x (I1 + I2) = Ugéné x I1 + Ugéné x I2

D’où Ptot = U1 x I1 + U2 x I2 = P1 + P2

Dans un circuit en dérivation, les puissances consommées s’ajoutent.

Dans une installation domestique, plus on branche d’appareils sur une même ligne, plus la puissance consommée est grande.

Or Ptotale = Usecteur x Itotale soitteursec

totaletotale U

PI

Par conséquent, si Ptotale augmente, Itotale augmente.

Il y a risque de surchauffe,

Donc risque d’incendie !

3.2 Surintensité

Le branchement de plusieurs appareils électriques sur une même ligne électrique d’une installation domestique peut provoquer une surintensité.

3.3 Appareils de protection

• On se protège d’une surintensité à l’aide d’un fusible branché sur la ligne électrique à protéger.

• Le fusible fond si l’intensité qui le traverse est supérieure à une certaine valeur : il ouvre le circuit.

III L’énergie électrique1. Définition

E = P × ΔtJoule(J)

W

s

FACILEP = 3 W ; Δt = 220 s E= P = 500 W ; E = 2,0 J Δt =

E = 30 J ; Δt = 5 s P = DIFFICILE

P = 2,5 kWE = 1250 J Δt =

P = 32 WΔt = 5 minutes E =

E = 12 kJΔt = 2h20 P =

Application numérique :

Il fautCONVERTIR !

660 J0,004 s = 4 ms

6 W

0,5 s

9600 J

1,4 W

2) La facture électrique

EDF facture l’énergie électrique, au prix du kiloWatt-heure consommé (le Joule, unité trop petite, n’est pas utilisé).

E = P × ΔtWatt-heure(Wh)

W

h

Un kilo Watt-heure coûte environ 7 centimes d’euros en heure pleine. Quel est le prix de l’électricité nécessaire pour :faire tourner un lave-vaisselle ? (durée du lavage 1h , puissance de l’appareil 2500W)

WhtPE 250012500

kWh,WhE 522500

euros,euros,Eprix 1750070

- Regarder une émission de 52 minutes à la télé en heure creuse (1kWh = 5 cents) ? (puissance 200W)

WhtPE 1736052200

kWh,WhE 170173

centimeeuros,euros,,prix 100950050170

Convertir un temps

Temps en s

Temps en min

Temps en h

÷ 60 ÷ 60

× 60 × 60

÷ 3600

× 3600

Exemples

Convertir 2 h 43 min 24 s en secondes et en heures

Convertir 3 h 12 min 45 s en secondes et en heures

h,t

st

72226043

360024

980424604336002

Δt = 11565 s = 3,2 h

Exercices

Puissance Synthèse