TP9 de Physique : Energie et puissance électrique

Classe de 1ère S
TP PHYSIQUE N° 9
PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE
Objectifs :
1- Notion de puissance et d'énergie électriques transférées
2- Bilan de puissance dans un circuit simple
3- Mesurer la puissance reçue par un conducteur ohmique et en déduire sa loi de fonctionnement
1. PUISSANCE ET ENERGIE TRANSFEREES A UN CIRCUIT
1.1. Montages

Montage en série :
- Indiquer sur le schéma le sens du courant, les flèches des tensions UL, UR, UM, un voltmètre aux bornes du
moteur ; et préciser les bornes des appareils de mesure..
- Réaliser le montage, à la place des cavaliers,
6V
on peut utiliser des fils courts.
G
A
L1 (6V; 50 mA)
Expérience :
- mesurer U aux bornes de chaque dipôle.
M
- Mesurer l’intensité I du courant électrique en différents
points du circuit, en déplaçant l’ampèremètre à la place des cavaliers. Concluez.
47 
- reporter les valeurs dans le tableau
Montage série
Dipôle
Résistance
Lampe
Moteur
Montage dérivation
Générateur
Résistance
Lampe
Moteur
U (V)
I (mA)
P (W)
k
6V

A
Montage en dérivation,
Indiquer sur le schéma le sens du courant,
les flèches des tensions UL, UR, UM, un
voltmètre aux bornes du moteur.
Réaliser le montage.
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L1 (6V; 60 mA)
cavaliers
47 
M
Générateur
Expérience :
- mesurer U aux bornes de chaque dipôle
- mesurer I traversant chaque dipôle.
(les cavaliers matérialisent l'emplacement de l'ampèremètre)
- reporter les valeurs dans le tableau
1.2. Exploitation
1- Pour chacun des montages :
 calculer P = UI, la puissance électrique reçue ou cédée par un dipôle
P
 100 , fraction de la puissance totale correspondant à chaque dipôle
P(générateur )

calculer k 

calculer la somme PR + PL + PM des puissances reçues par chacun des récepteurs et comparez la à la
puissance délivrée par le générateur
2- Pour mesurer les énergies électriques transférées aux différents récepteurs, de quel instrument de mesure
faut-il disposer en plus ?
3- Dans le montage en série, quelle est la durée nécessaire pour transférer 50 J à la lampe ? Et dans le montage
en dérivation ?
4- Dans le montage en série, quelles sont les énergies électriques transférées aux récepteurs pendant une durée
de 6 h ?
2. LOI DE FONCTIONNEMENT D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE
2.1. Expérience
1- Relier directement un conducteur ohmique de résistance R = 220  à un générateur continu réglable.
2- Inclure un ampèremètre, ainsi qu'un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique ; faire le schéma du montage.
3- Faire varier U de 0 à 6V, et relever les valeurs de I correspondantes. ( une dizaine de couples (U,I).
2.2. Exploitation
A l'aide du logiciel REGRESSI (voir fiche d'utilisation), tracer la puissance P reçue par le conducteur ohmique en
fonction de l’intensité I. Modéliser la courbe P = f(I).
Déduire la loi de fonctionnement d’un conducteur ohmique U en fonction de I.
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U
UTTIILLIISSA
ATTIIO
ON
ND
DU
U LLO
OG
GIIC
CIIEELL R
REEG
GR
REESSSSII
PUISSANCE RECUE PAR UN CONDUCTEUR OHMIQUE
1. ENTREE DES DONNEES
Sur le Bureau, Physique, Regressi
Fichier, Nouveau, Clavier
Déclarez les grandeurs :
U
I
V
A
0
0
6
0,03
Entrez les valeurs des différentes grandeurs.
2. CREATION DE LA GRANDEUR "PUISSANCE"
Y+, Grandeur calculée
Symbole : P
Unité : W
Commentaire : Puissance électrique reçue par le conducteur ohmique
Expression : P = U  I
3. AFFICHAGE DU GRAPHE P= f(I)
Fenêtre, Graphe Variables, XY
Abscisse : I
Ordonnée : p
Couleurs....
Taille des points : 5
Option de représentation de P = f(I) : Point
A enlever si sélectionné : Axes orthonormés
Pour choisir l'échelle, il faut sortir de XY et cliquer sur l'icône "Echelle manuelle", une main sur un tableau. Choisissez votre échelle.
Imprimer puis retour au questionnaire du TP.
REMARQUE : Lorsque vous voulez naviguer entre le tableau des variables et le graphe, tapez F5.
4. MODELISATION DE P = f(I)
1234-
Tapez F9.
Modélisez par l'équation d'une parabole.
Lisez la valeur des paramètres.
Donnez la relation entre P et I.
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Travaux pratiques
PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE - TRANSFERTS
MATERIEL ET PRODUITS
MATERIEL
PRODUITS
Générateur de tension continue 6 V
Lampes 6 V (50 mA; 60 mA et 100 mA)
Moteur
Résistances 47  et 220 
2 multimètres
Plaquette de montage
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Travaux pratiques
PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE - TRANSFERTS
FICHE PROFESSEUR
1. QUELLE EST LA SIGNIFICATION DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE ?
1.1. Montage
COM

A
A

6V
I

V
V
COM 
UL1
L1 (6V; 100 mA)
A
A
UL2

COM
COM
A


A
I
L2 (6V; 50 mA)
1.2. Exploitation
1234-
Voir schéma.
La lampe L1 brille plus faiblement que la lampe L2. Cela peut-être dû aux valeurs nominales.
L'éclat des lampes ne change pas lorsqu'on intervertit les lampes.
Pour les trois positions de l'ampèremètre, on mesure I = .L'intensité du courant est la même en tout point du circuit.
Ce n'est donc pas l'intensité du courant seule qui est responsable de l'éclat des lampes.
5- UL1 =
UL2 =
6- PL1 =
et PL1 =
. C'est la lampe qui reçoit la puissance électrique la plus faible qui brille le moins. La
puissance électrique mesure donc directement l'effet du courant électrique qui circule dans un dipôle.
2. PUISSANCE ET ENERGIE TRANSFEREES A UN CIRCUIT
2.1. Montages
6V
A
I
1- Voir schéma
2- Pour le montage en dérivation
uniquement, placez des fils ou
cavaliers à la place des ampèremètres.
L1 (6V; 60 mA)

COM
A

UL
UR
UM
M
47 

V
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V 
COM
6V

UL
I1
A
COM
I
A

A

A

COM
L1 (6V; 60 mA)
UR
UM
I2
COM
A

M
A

47 

V
V 
COM
2.2. Expérience
Dipôle
U (V)
I (mA)
P (W)
k
Résistance
1,02
21,8
2,2.10-2
17,1
Montage série
Lampe
Moteur
0,76
4,20
21,8
21,8
1,6.10-2
9,1.10-2
12,7
70,4
Générateur
6,00
21,8
1,31.10-1
Montage dérivation
Lampe
Moteur
5,92
4,89
61,2
22,2
3,6.10-1
1,1.10-1
75,4
22,6
Résistance
1,04
22,2
2,3.10-2
4,79
Générateur
5,85
82,8
4,80.10-1
2.3. Exploitation
1- Montage série : PR + PL + PM = 1,29.10-1 W
Montage dérivation : PR + PL + PM =
4,93.10-1 W
PG = 1,31.10-1 W
PG = 4,84.10-1 W
Que ce soit un montage série ou un montage dérivation : PE(générateur ) 
 PE(récepteur )
2- Pour mesurer les énergies électriques transférées aux différents récepteurs, il faut disposer d'un chronomètre pour
mesurer le temps d'utilisation.
3- WL  t  PL
Montage série : t 
 t 
50  3125 s, soit environ 52 minutes .
1,6.102
Montage dérivation : t 
4-
WL
PL
50  139 s, soit environ 2,3 minutes .
3,6.101
 W(récepteurs ) ( P(récepteurs ))  t  P(générateur )  t = 1,3.10
-1
3. LOI DE FONCTIONNEMENT D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE
3.1. Expérience
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 6  3600 = 2808 J
I
U
I
A
220 
V
U (V)
I (A)
P (W)
0
1,52
2,08
2,54
3
3,53
4
4,552
4,98
5,5
6,04
6,52
7
7,48
8,04
0
0,0068
0,0094
0,0114
0,0135
0,0159
0,0181
0,02
0,0224
0,0249
0,0273
0,0294
0,0316
0,0338
0,0365
0
0,01034
0,01955
0,02896
0,0405
0,05613
0,0724
0,09104
0,1116
0,1369
0,1649
0,1917
0,2212
0,2528
0,2935
3.2. Exploitation
P (mW)
P(mW)
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
I(mA)
I (mA)
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Modélisation : P = a + b  I + c  I2
a = - 0,000229 W
b = 0,071629 V
P = -2,29.10-4 + 7,16.10-2 I+ 219 I2
P  219 I2
 P = R I2
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c = 219 ± 4 