Grandeurs électriques : énergie, puissance, tension et courant

Grandeurs électriques : énergie, puissance, tension et courant
Document 1 : Facture d’électricité d’un appartement témoin :
Document 2 : Puissance de quelques appareils électriques de l’appartement témoin :
http://www.maconsoelec.com/
Appareil
Puissance W
Radiateur électrique 1500W
Four
790 W
Four micro-onde
1500W
Plaque de cuisson
2x1200W ; 1x1700W ; 1x2100W
Bouilloire électrique
2500W
Eclairage
100W
Lave linge
1kWh (pour 1 cycle)
Télévision
100W
Ordinateur
50W
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 ?
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. Le courant électrique :
a. Le courant électrique :
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 :
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
I
A
-
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.
2. La tension électrique :
a. Potentiel électrique V d’un point d’un circuit :
b. Tension U :
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
et
UBA
la différence
Conséquence :
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
Représentation
Soit un dipôle dont les bornes sont A et B. On Au lieu de dessiner le voltmètre, on utilise
cherche à mesurer la tension UAB entre ses
une flèche pour indiquer sur un schéma
bornes.
quelle est la tension mesurée
A
B
A
B
V
Avec A relié à la borne
B relié à la borne
Rq : on ne mesure pas toujours une tension
positive