PLANCHE-PHYSIQUE-4-PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE

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Electricité
Puissance et énergie électrique
II :
PLANCHE-PHYSIQUE-4-
I. Préliminaires : Conversion d’un temps en heure
décimale
1. On appelle heure décimale, un temps exprimé sous la forme
a
h, où
a
est un nombre décimal.
Par exemple 1h24 min 
1,4 h .

Heure décimale
2. UTILISATION : Les heures décimales servent à calculer les salaires et
les coûts électriques en physique par exemple.
La règle qui suit permet la conversion en heure décimale.
REGLE : Pour convertir un temps en heure décimale, il faut :
 Le convertir en minutes puis diviser le résultat par 60.
 OU bien, le convertir en seconde puis diviser le résultat par 3600.
APPLICATION ET EXECUTION DES TÂCHES N°1 :
 Convertir 1h24min en heure décimale.
 Convertir 3h48min54s en secondes.
 On passe vite en minutes : 1h24min = 160 + 24 = 84 min. On a alors :
1h24 min 
84
 1,4 h .
60
 On passe facilement en secondes : 3h48min54s = 33600 + 4860 + 54 =
13 734s. On en déduit ensuite que 3h 48 min 54 s 
13734
 3,815 h .
3600
II. Puissance électrique
Supposons
qu’une installation
électrique soit
alimentée sous
une tension
électrique U (en Volt) et par un courant d’intensité I (en Ampère).
Par définition,
la puissance électrique P, exprimée en Watt, de l’installation
est donnée par la formule :
P = UI
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APPLICATION ET EXECUTION DES TÂCHES N°2 :
Une installation électrique est alimentée sous une tension de 230 V. Le
disjoncteur est réglé à 30A. Quel est la puissance de cette installation ?
Il s’agit d’un calcul direct. On applique la formule :
P = UI = 23030 = 6900 W.
APPLICATION ET EXECUTION DES TÂCHES N°3 :
Sur un fer à repasser on lit les indications :
230 V
;
400W
 Donnez la signification précise de chacune de ces indications.
 Calculez l’intensité du courant qui alimente ce fer à repasser en
fonctionnement normal.
NOTE : On arrondira le résultat au centième.
  230V est la tension électrique en Volt ;
 400W est la puissance électrique en Watt.
 La formule P = UI donne I 
P 400

 1,74A .
U 230
III. Energie électrique
1. Unités d’énergie :
 L’unité d’énergie est
le Joule
dont le
symbole est J.
 On utilise également
le Wattheure comme unité et dont le symbole est Wh.
On retiendra la correspondance :
1Wh=3600J
2. Formule de calcul :
L’énergie électrique consommée par un
appareil de puissance P (en Watt) pendant une durée t, se calcule selon la
formule :
E = Pt
 Si le temps t est en secondes (s), l’énergie s’exprime en Joule (J).
 Si le temps t est en heure décimale (h) l’énergie s’exprime en Wattheure (Wh).
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APPLICATION ET EXECUTION DES TÂCHES N°4 :
Un four de 1400W fonctionne pendant 24 minutes.
 Calculez en Wh puis en Joules, l’énergie consommée.
 On fait cuir du poulet dans ce four. Quel est le temps de cuisson sachant
que l’énergie consommée est 1,12kWh ?
  Nous avons E =Pt, avec P=1400W et t=24min. Mais pour avoir l’énergie en
Wh, il faut convertir le temps en heure décimale et on a t 
24
 0,4h . On a
60
finalement :
E=14000,4=560 Wh.
 Comme 1Wh =3600J, on a alors E=5603600=2016000 J
 La formule E =Pt donne t 
donc t 
E
avec E=1,12kWh =1120 Wh et P=1400W. On a
P
1120
 0,8h .
1400
NOTE : Ce temps décimal correspond à t=0,860=48 minutes.
APPLICATION ET EXECUTION DES TÂCHES N°5 :
LE GRAND CLASSIQUE
Une plaque chauffante de résistance 44 est alimentée pendant 12
minutes par un courant d’intensité 5A.
 Calculer la tension aux bornes de la résistance à l’aide de la formule
U=RI.
 Calculez la puissance électrique consommée par la résistance à l’aide
de la formule P=UI.
 Calculez en Wh puis en Joule l’énergie consommée par la résistance.
 On a directement U =RI = 445=220 V.
 La formule P =UI nous donne directement P =2205 =1100 W.
 On a E =Pt, avec P=1100 W et t=12min =
12
 0,2 h (en heure décimale). Donc
60
E=11000,2= 220 Wh.
Comme 1Wh=3600J, on a aussi E=2203600= 792000J.
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EXERCICES A FAIRE ET A RENVOYER :
EXERCICE N°1 :
[1] Convertir 6h48min en heure décimale.
[2] Convertir 1h42min en heure décimale.
[3] Convertir 3h18min en heure décimale.
[4] Convertir 4h36min48s en heure décimale.
EXERCICE N°2 :
Un conducteur Ohmique (résistance) de résistance R=60 est parcouru par
un courant d’intensité I=9A.
 A l’aide de la formule U= RI, calculez la tension aux bornes de la
résistance.
 Calculez la puissance reçue par cette résistance.
On donne la formule de calcul P= UI.
EXERCICE N°3 :
Une installation électrique comporte les appareils suivants :
 Un chauffe-eau de 2400W ;
 4 sèche-cheveux de 1200W ;
 5 tubes fluorescents de 60W ;
 1 fer à repasser de 1300W.
 Calculer la puissance totale de cette installation.
 Calculer l’intensité du courant absorbée par cette installation sachant
qu’elle est alimentée sous une tension de 220V.
EXERCICE N°4 :
La
plaque
signalétique
d’un
chauffe-eau
comporte
les
inscriptions
suivantes :
1800 W ;
50 Hz ;
;
230V
;
 Donnez la signification précise de chacune de ces indications.
 Calculez alors l’intensité I du courant qui alimente le chauffe-eau en
fonctionnement normal.
 Calculez la résistance R du chauffe-eau à l’aide le la loi d’Ohm U= RI.
NOTE : On arrondira tous les résultats au dixième.
-5 Le chauffe-eau fonctionne pendant 2h48min. Calculer en Wh puis en kWh
l’énergie électrique consommée par ce fonctionnement.
EXERCICE N°5 :
NOTE : Tous les résultats seront arrondis au dixième.
Un appareil électrique comporte les indications suivantes :
2800 W ;
50 Hz ;
;
230V
;
 Donnez la signification précise de chacune de ces indications.
 Calculez alors l’intensité I du courant qui alimente cet appareil en
fonctionnement normal.
 Calculez la résistance R de l’appareil à l’aide le la loi d’Ohm U= RI.
On fait fonctionner l’appareil pendant 1h24min.
 Calculez en Joules l’énergie électrique consommée par ce fonctionnement.
 Calculer en Wh puis en kWh l’énergie électrique consommée par ce
fonctionnement.
NOTE : On rappelle la correspondance 1Wh =3600J.