12 Énergie électrique. Courant alternatif

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12 Énergie électrique.
Courant alternatif
Les appareils électriques possèdent une plaque signalétique où est indiqué, entre
autres, la puissance qu’ils consomment. Il y a aussi, sur les appareils ménagers par
exemple, un symbole « ~ » qui signifie que l’appareil fonctionne sous une tension alter-
native. La tension alternative délivrée par le secteur dans les habitations est de 220 V.
Le compteur électrique permet de connaître la consommation d’énergie électrique
pendant un temps donné.
Pour visualiser une tension continue ou alternative, on utilise un oscilloscope.
(L’ensemble de ce chapitre est à traiter pour les secteurs 1, 2, 3, 4.)
Les objectifs de ce chapitre sont :
>identifier une tension continue et alternative sur un oscillogramme ;
>mesurer la puissance électrique consommée par un dipôle ;
>comprendre le fonctionnement du compteur électrique ;
>utiliser la loi de Joule ;
>déterminer graphiquement et par le calcul les valeurs des tensions ,
, des intensités , , de la période T et de la fréquence f.
Situation de départ
Une personne vient
d’acquérir un lave-linge
qu’elle branche sur une prise
électrique de 16 ampères.
En la mettant en
fonctionnement, au bout de
quelques instants, un fusible
« saute » et le lave-linge
s’arrête immédiatement.
Cette personne regarde alors
la plaque signalétique
de l’appareil et constate
que la puissance consommée
est de 3 960 W.
Pourquoi le fusible a-t-il « sauté » ?
Umax
Uefficace Imax Iefficace
Résolution
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La puissance électrique s’exprime en watt (W) et se mesure avec un wattmètre ou alors
avec un ampèremètre et un voltmètre.
MODE OPÉRATOIRE
>Réalisez le montage électrique correspondant au schéma ci-dessous.
>Réglez le générateur en 6 V continu.
Fermez l’interrupteur.
>Lisez les indications données par le voltmètre et l’ampèremètre :
; .
>Réalisez le montage électrique correspondant au schéma ci-dessous.
>Réglez le générateur en 6 V continu.
Fermez l’interrupteur.
>Lisez les indications données par le wattmètre :
.
>Recommencez ces deux expériences avec la lampe de 12 V en réglant le géné-
rateur en 12 V continu.
>Complétez le tableau ci-dessous :
Activité 1 Mesurer une puissance électrique
Montage 1 Montage 2
U (V) I (A) P (W)
Lampe 6 V
Lampe 12 V
MATÉRIEL
 1 générateur de
tension continue
6 V-12 V
 2 multimètres
(un commuté
en ampèremètre
et l’autre en volt-
mètre)
 1 interrupteur
 des fils de
connexions
 1 lampe de 6 V et
1 lampe de 12 V
 1 wattmètre
(montage no 2)
Montage n° 1
A
G
lampe
6 V - 12 V
V
U=. . . . . . . . . . . .
.
I=. . . . . . . . . . . .
.
Montage n° 2
G
6 V - 12 V K
W
P=
. . . . . . . . . . . .
.
UI×
. . . . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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OBSERVATION
>Les produits sont aux valeurs lues sur le watt-
mètre.
CONCLUSION
>Le produit est égal à la puissance électrique.
MODE OPÉRATOIRE
>Réalisez le montage électrique représenté par le schéma ci-dessous :
Fermez le circuit.
>Réglez le générateur sur 2 V.
>Notez les valeurs indiquées par les appareils de mesures.
>Approchez votre doigt du résistor. Faites varier la tension à l’aide du générateur
pour réaliser 2 autres mesures. Complétez le tableau suivant :
La relation entre la puissance électrique P consommée par un dipôle, la ten-
sion U entre ses bornes et l’intensité I du courant qui le traverse est :
Résolution de la situation de départ
L’intensité du courant qui devrait parcourir le lave-linge est : , soit
. La valeur de cette intensité est supérieure à ce que
peut supporter le fusible. C'est pourquoi il « saute ».
Activité 2 Connaître l’effet Joule
U I P lue sur
le wattmètre
UI×. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
UI×
PUI×=
Puissance en watt (W) Tension en volt (V) Intensité en ampère (A)
IP
U
----=
I=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
MATÉRIEL
 1 générateur de
tension continue
variable 0-24 V
 2 multimètres
(un commuté
en ampèremètre
et l’autre
en voltmètre)
 1 wattmètre
 1 résistor de
résistance 10 
 1 interrupteur
 des fils de
connexions
A
W
VR R = 10 
I2
RI
2
×
. . . . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . .
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OBSERVATIONS
>Complétez les phrases suivantes :
Les produits sont aux valeurs lues sur le wattmètre.
Lorsqu’il est parcouru par un courant électrique, le résistor produit de la
CONCLUSION
Le produit est égal à la puissance électrique consommée par le résistor.
Le compteur électrique permet de mesurer la puissance consommée par un appareil du-
rant un certain temps. Cette mesure est appelée énergie électrique et se note E ou W. Dans
les habitations, l’énergie électrique consommée se lit sur le compteur électrique que seul
un agent de l’EDF (Électricité De France) peut installer.
Il existe trois méthodes pour connaître l’énergie
consommée par un appareil électrique.
Étudions-les dans le cas du lave-linge.
Le cadran du compteur électrique indique, avant le fonctionnement du lave-linge,
2 219 kWh. Après une heure de fonctionnement, le compteur indique 2 223 kWh.
Il suffit de faire la différence entre ces deux valeurs.
>Calculez l’énergie électrique consommée en une heure par le lave-linge en sup-
posant qu’il ait été le seul appareil électrique à fonctionner dans l’habitation :
La relation entre la puissance électrique P consommée par un résistor, sa
résistance R et l’intensité I du courant qui le traverse est :
Tout conducteur parcouru par un courant est le siège d’un dégagement de
chaleur : c’est l’effet Joule.
Activité 3 Mesurer l’énergie électrique
RI
2
×. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RI
2
×
PRI
2
×=
Puissance en watt (W) Intensité en ampère (A)
Résistance en ohm ()
2 2 2 3 0
ETS ELEC 586
43311501 0
TYPE
220 V A C = 2,5 Wh/tr.
APPROUVÉ LE 10 4 61
50 Hz
MONOPHASE 2 FILS
No J . 404548 1971CL 2o
L7C2
10 - 30
kWh
Première méthode
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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On peut aussi compter le nombre de tours effectués par le disque du compteur élec-
trique.
Sachant qu’à chaque tour, l’énergie consommée est de 2,5 Wh (constante C), il suffit
d’utiliser la relation :
On a compté que le disque faisait 66 tours en une minute.
>Calculez, en Wh, en utilisant la relation précédente, l’énergie consommée par
le lave-linge en une minute :
>Calculez, en Wh, l’énergie consommée par le lave-linge en une heure :
>Convertissez votre résultat en kWh :
>Calculez, en Wh, l’énergie consommée par le lave-linge en une heure. La puissan-
ce électrique du lave-linge est de 3 960 W.
>Convertissez votre résultat en kWh :
>Convertissez votre résultat en joule (rappel : il y a 3 600 secondes dans une
heure) :
L’énergie électrique consommée peut être calculée à l’aide de la formule :
Si la puissance P est exprimée en watt (W) et le temps t en heure (h), l’éner-
gie électrique E s’exprime en wattheure(Wh).
Si la puissance P est exprimée en kilowatt (kW) et le temps t en heure (h),
l’énergie électrique E s’exprime en kilowattheure (kWh).
Si la puissance P est exprimée en watt (W) et le temps t en seconde (s),
l’énergie électrique E s’exprime en joule (J).
Deuxième méthode
Énergie consommée (Wh) Constante C (Wh/tr) Nombre de tours×=
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Troisième méthode
EPt×=
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .