PUISSANCE ET ÉNERGIE EN ÉLECTRICITÉ

PUISSANCE ET ÉNERGIE EN ÉLECTRICITÉ
INTRODUCTION
Dans un circuit électrique, le récepteur reçoit de l’énergie du générateur ; lorsque le récepteur transforme cette
énergie ( en chaleur ou en énergie mécanique ) on dit qu’il consomme de la puissance . De façon plus précise, la
puissance représente la capacité du récepteur à transformer plus ou moins rapidement l’énergie qu’il reçoit.
L’unité de cette grandeur physique est le watt ( W ). Pour mesurer la puissance en électricité, on utilise un
wattmètre ou une pince multifonction .
MESURE DE PUISSANCE
Question 1 :
Le montage ci-dessous permet de mesurer la puissance que la source fournit à une résistance.
La pince MX 240 mesure la tension V , l’intensité du courant , I et la puissance P. Le récepteur est un rhéostat de
100 Ω . Le générateur est une alimentation continue AX 503.
I
PM
G
V
v
R
FAIRE VERIFIER
Question 2 :
Mettre sous tension et régler la tension à 24 V. Régler R pour que I = 2 A Relever la valeur de P donnée par la
pince.
Question 3 :
A partir des valeurs de P , I et V établir la relation qui permet de calculer P en fonction de V et I.
Question 4 :
Débrancher le rhéostat et mesurer sa valeur ; à partir des valeurs de P , I et R établir la relation qui permet de
calculer la puissance consommée par une résistance en fonction de R et I.
Question 5 :
La résistance consomme de la puissance : elle transforme donc l’énergie électrique qu’elle reçoit . Sous quelle
forme ?
INFLUENCE DE LA LIGNE DE TRANSPORT
En général, le générateur et le récepteur sont éloignés l’un de l’autre : pour transporter l’énergie, on utilise des fils
de grande longueur ( la ligne ). Dans l’étude suivante, on simulera une ligne de transport avec un « rouleau » de
fil de 200 m de longueur.
Question 6 :
Réaliser le montage ci-dessous.
I
rouleau de fil
PM
G
v
V
R
FAIRE VERIFIER
Question 7 :
Mettre sous tension et régler V à 24 V ; régler R pour avoir I = 2 A . Relever la puissance PG fournie par le
générateur.
Question 8 :
Après avoir mis le montage hors tension, déplacer la pince pour mesurer la puissance PR consommée par la
résistance.
Question 9 :
Comparer PG et PR ; comment expliquer la différence ?
Question 10 :
Calculer la puissance « perdue » dans la ligne et l’exprimer en pourcentage de la puissance fournie par le
générateur.
Question 11 :
En déduire la résistance RL de la « ligne ».
INFLUENCE DE LA TENSION
Question 12 :
Reprendre le montage de la question 6 : régler V à 48 V ( pour obtenir cette valeur, il faudra mettre les deux
sources de l’alimentation en série et les régler à 24 V ) ; ensuite, régler le rhéostat pour que la puissance fournie
par le générateur soit la même que celle de la question 7.
FAIRE VERIFIER
Question 13 :
Déplacer la pince pour mesurer PR. Calculer la puissance perdue dans la ligne et l’exprimer en pourcentage de la
puissance fournie par le générateur . Faire une conclusion et justifier l’existence des lignes à haute tension pour le
transport de l’énergie électrique.
RESISTANCE D’UN FIL
Pour calculer la résistance d’un fil on utilise la relation ci-dessous:
R=
ρl
s
l désigne la longueur du fil en m
s la section en m²
ρ ( ça se dit « ro » ) est appelée « résistivité » du matériau qui constitue le fil ( unité : Ω.m ) Plus la
résistivité est faible et plus le matériau est bon conducteur.
On donne ci-dessous la résistivité de quelques matériaux courants :
Argent : ρ = 1,5 × 10-8 Ω.m
Cuivre : ρ = 1,6 × 10-8 Ω.m
Aluminium : ρ = 2,6 × 10-8 Ω.m
Tungstène : ρ = 5 × 10-8 Ω.m
Fer : ρ = 8,5 × 10-8 Ω.m
Question 14 :
Retrouver, à l’aide de la relation ci-dessus, la valeur de la résistance RL du rouleau de fil ( celle que vous avez
calculée à la question 11 ) sachant qu’il est en cuivre et que la section est de 1,5 mm² .
Question 15 :
La résistance des fils a t-elle une influence lorsqu’on réalise des montages « traditionnels » ? Pour répondre à
cette question, calculer la résistance d’un fil de câblage en cuivre utilisé au laboratoire : longueur 1 m , section
1,5 mm².
LA RESISTIVITE D’UN MATERIAU DEPEND DE LA TEMPERATURE
La résistivité des métaux et des alliages est fonction de la température : les valeurs ρ0 et ρθ de la résistivité
respectivement à 0°C et à θ°C sont liées par la relation :
ρθ = ρ0 (1+ a.θ
θ)
Dans laquelle a est appelé « coefficient de température » ; pour les métaux, a = 4×10-3 °C-1
Comme la résistance est proportionnelle à la résistivité, on peut écrire :
Rθ = R0 (1+ a.θ
θ)
Question 16 :
Résoudre l’ exercice :
Une lampe à incandescence est alimentée sous 240 V . Quelques minutes après la mise sous tension, la
température du filament atteint 2500 °C et elle consomme alors une puissance de 75 W.
1) Calculer à cette température l’intensité iN du courant qui la traverse et la valeur RN de la résistance de son
filament.
2) Au moment de la mise sous tension, la température est T0 = 20 °C. Calculer à cette température la
résistance RA de son filament et l’intensité iA du courant.
Le coefficient de température est a = 4×
×10-3 °C-1.
i
3) Déterminer la valeur du rapport N .
iA