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. 1re STI2D TP Physique Energie et Puissance - Chaine de conversion 1 /4 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 . ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… - 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 ) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1re STI2D TP Physique Energie et Puissance - Chaine de conversion 2 /4 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 . ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 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: 1re STI2D TP Physique Energie et Puissance - Chaine de conversion 3 /4 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 ?. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Exploitation des résultats Comment évolue l’énergie E reçue par la lampe lorsque la durée de fonctionnement augmente ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 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 ? …………………… , ……………………………………………… 1re STI2D TP Physique Energie et Puissance - Chaine de conversion 4 /4
