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1STI2D TP Energie et puisance - Chaine de conversion d'énergie

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TP Energie et Puissance - Chaine de conversion d'énergie.
But : modéliser la relation entre l'énergie et le temps écoulé dans une transformation d'énergie .
A) EXPERIENCE 1 : mesure de l'énergie E
On souhaite déterminer l’énergie électrique E fournie par un thermoplongeur à une masse d’eau en
fonction du temps t .
Matériel :
-
1 appareil permettant de mesurer l'énergie consommée par le thermoplongeur (que l’on branche
entre le thermoplongeur et la prise secteur 230V AC )
-
1 calorimètre
-
eau froide
-
1 thermoplongeur (résistance chauffante)
contrôleur de
consommation d'énergie
kWh et de puissance W
thermoplongeur 230V AC
calorimètre
 LE THERMOPLONGEUR DEVRA TOUJOURS ETRE PLACE DANS L’EAU AVANT
D’ETRE ALIMENTE OU DEBRANCHE.
Manipulation :
-
Remplir le calorimètre avec un volume d'eau ( environ 500mL) de façon à immerger complètement
le thermoplongeur . Plonger le thermoplongeur dans l'eau .
-
Préparer un chronomètre.
-
Brancher sur la prise l’appareil permettant de mesurer la puissance électrique fournie à l’eau.
-
Relever la puissance électrique consommée par le thermoplongeur P = …………………….
-
Brancher le thermoplongeur sur la prise et relever l'énergie E fournie par le thermoplongeur à
l’eau toutes les 30 secondes.
-
Remplir le tableau . Préciser l’unité de l’énergie.
t(s)
60
90
120
150
180
210
240
270
300
E (…….)
 : Débranchez toujours le thermoplongeur avant de le sortir de l’eau.
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Exploitation des résultats
-
Tracer E=f(t) dans les unités du Système International ( si ce n'est pas le cas , rajouter une ligne
au tableau pour convertir les Wh en J ).
-
Choisir 2 points, suffisamment éloignés sur cette courbe (E2, t2) et (E1 , t1) que l'on précisera et
calculer le coefficient directeur . Exprimer l'unité du coefficient directeur .
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-
Donner l'équation de la courbe en précisant les unités
-
Interpréter la courbe obtenue . Que peut-on en conclure sur les 2 grandeurs physiques ? ( faire
une phrase complète ) …………………………………………………………………………………………………………………………………………
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Quelle est la forme de l'énergie absorbée par le thermoplongeur ? ………………………………………………………………………
Quelle est la forme de l'énergie absorbée par le volume d'eau ? ………………………………………………………………………
Pensez vous que le rendement de cette conversion est bon et proche de 100% ?
Expliquez votre point de vue en fonction de la présence ou de l'absence de perte d'énergie dans le
couvercle et les parois du calorimètre .
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B) EXPERIENCE 2 : conversion d'énergie - rendement  %)
On souhaite mesurer la puissance fournie à une lampe et étudier le rendement de celle ci .
Matériel :
-
1 support d'ampoule 6V- 300mA
-
1 alimentation 6V
-
1 Joulemètre - Wattmètre permettant de mesurer l'énergie et
la puissance électrique . Il remplace les appareils classique
voltmètre , ampèremètre et chronomètre .
La mesure de l'énergie est synchronisée avec le départ et l'arrêt
du chronomètre en tenant compte des variations de U et de I .
Joulemètre-Wattmètre
Manipulation :
1- Observer attentivement le schéma de câblage et réaliser le montage en branchant les fils . La lampe est
alimentée par le générateur et le courant traverse le circuit "intensité " I de l'appareil.
Attention à bien brancher la bobine courant I en série avec l'ampoule !
2- Représenter le sens de passage du courant dans le circuit noté I
3- Le schéma est incomplet . Rajouter deux fils sur le schéma pour que le circuit" tension" U du
Joulemètre soit soumis à U .
4- Finir le câblage du montage . Demander à votre binôme de vérifier le montage . Toute erreur de
branchement sera pénalisée.
5- Faites valider votre montage par le professeur . Mettre sous tension .
6- L'appareil permet la mesure de plusieurs grandeurs:
U=
I=
P=
Indiquer la valeur numérique des grandeurs suivantes:
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7- Relever les valeurs de l'énergie We en J absorbée en fonction du temps (on s'arrangera pour avoir une
énergie nulle au départ du déclenchement du chronomètre.
We(J)
0
t(s)
0
10
20
30
40
50
8-Tracer la courbe représentant l’énergie en fonction
du temps.
Echelle :
En abscisse : 1 cm  10 s
En ordonnée : 1cm  20 J
9-
Calculer
le
coefficient
directeur
de
la
caractéristique obtenue noté a. Quelle valeur retrouve
t-on ?.
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………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Exploitation des résultats
Comment évolue l’énergie E reçue par la lampe lorsque la durée de fonctionnement augmente ?
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Le produit P.t approche-t-il la valeur de l’énergie E lue sur le joulemètre ? ……………………………
10 - Compléter le bilan de puissance de la lampe ci dessous (on précisera la nature et la valeur des puissances)
puissance UTILE : Pu = ………………………
LAMPE
nature : ………………………
(η =5%)
=
30 %
puissance ABSORBEE
puissance PERDUE : Perte = …………………
Pa = ……………
nature : ………………………
nature : ………………
Pensez vous que 30% est un bon rendement ? …………………
Sous quelles formes sont dissipées les 70% de perte ?
…………………… , ………………………………………………
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