L`énergie électrique

Chapitre 5- L'énergie électrique
A- L'énergie
Lorsque l'on étudie les sciences de la nature, deux grands axes de raisonnement
s'imposent : la matière et l'énergie. Ces deux derniers représentent
respectivement ce qui compose la matière et ce qui la fait fonctionner (comment
c'est fait, comment ça marche). S'il est facile de voir et de toucher la matière, il en est
cependant autrement pour l'énergie. On ne peut pas voir l'énergie. Toutefois, on
peut en voir les effets.
L'énergie est ce qu'un corps doit posséder afin de maintenir son fonctionnement
ou afin de se transformer. L'énergie peut présenter différents visages. L'énergie se
présente essentiellement sous trois formes : l'énergie de déplacement (cinétique pour
les objets et radiante pour les ondes électromagnétiques), l'énergie de réserve
(potentielle) et l'énergie thermique (liée aux mouvements moléculaires). L'énergie
peut changer de forme. Un skieur descend un pente : son énergie potentielle
gravitationnelle devient de énergie cinétique : il est moins haut et avance plus vite.
En outre, l'énergie peut se manifester de différentes manières, selon les
phénomènes mis en cause. Les phénomènes liés aux mouvements ou aux transformations n'impliquant pas de
changement moléculaire mettent en évidence l'énergie mécanique. La collision d'une automobile est une
transformation de ce type. Les changements de matière, comme la combustion d'une bûche, durant lesquels on
observe des changements moléculaires soulignent l'énergie chimique. Enfin, ceux où les changements observés
touchent la nature même des atomes font appel à l'énergie nucléaire. Ajoutons pour terminer l'énergie électrique
ne mettant en cause que le déplacement des charges électriques sans transformation de la matière.
En résumé...
Énergie mécanique énergie de mouvement ÿ
énergie de position ou de déformation ÿ
Énergie chimique énergie de liaison des d'une
Énergie nucléaire énergie de liaison des du
En général, tout revient à une des trois formes précédentes. Ajoutons...
Énergie radiante énergie possédée par tout rayonnement (spectre électromagnétique : ondes
radios/micro-ondes/IR/lumière visible/UV/rayons X et γ)
Énergie thermique énergie due aux mouvements d' des molécules
formant la matière : c’est la chaleur.
Dans le système de mesure SI,
l'énergie est mesurée en joules (J).
Un joule est l'énergie nécessaire pour
soulever une petite pomme sur une
hauteur d'un mètre. Il existe de
nombreuses unités permettant de
mesurer l'énergie : le kilowatt-heure
(kWh), le british thermal unit
(BTU), la petite calorie et la grande
calorie... Si autant d'unités existent,
cela reflète sans doute l'importance
accordée à l'énergie par les humains.
Symbole : E
Unité SI : 1 joule = 1 J
Mesurer l'énergie
Lecture p.142
Fais une première lecture de votre compteur électrique
sur les cadrans de la question 11 (p.7)

Exercices
1. Chacun des objets suivants transforme l'énergie d'une forme à une autre. Identifie ces formes.
a) grille-pain ÿ
b) cellule photoélectrique ÿ
c) moteur automobile ÿ
d) tube fluorescent ÿ
e) générateur électrique ÿ
f) moulin à vent ÿ
g) chargeur à piles ÿ
h) émetteur radio ÿ
i) muscle ÿ
j) cellule photoélectrique ÿ
k) four solaire ÿ
l) thermocouple ÿ
B- La puissance
Citius, altius, fortius. Plus vite, plus haut, plus fort. C'est la devise olympique.
L'épreuve représentant le mieux le « fortius » est sans doute l'haltérophilie. Les
plus forts des haltérophiles sont capables de soulever plus de 250 kg à bout de
bras. Cependant, n'importe qui est capable d'en faire autant : il n'y a qu'à ne pas
essayer de soulever cette masse d'un seul coup mais d'y aller kilogramme par
kilogramme. Évidemment, c'est moins spectaculaire. En haltérophilie, la performance
consiste à tout lever d'un seul coup. Pour pouvoir le faire, il faut être capable de
dépenser beaucoup d'énergie d'un seul coup... il faut être puissant. Ainsi, la puissance
n'est rien d'autre que le rapport de l'énergie dépensée au temps requis pour la
dépenser.
P : puissance (W)
E : énergie dépensée (J)
∆t : temps nécessaire pour dépenser l'énergie (s)
...représente la quantité d'énergie
dépensée ou fournie en un temps
donné. On le mesure en watts. Un
watt est la puissance équivalente èa la
dépense d'une énergie d'un joule une
seconde.
Symbole : P
Unité SI : 1 watt = 1W
La puissance...
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C- L'énergie électrique
L'électricité est une façon commode de transmettre de l'énergie. C'est propre, il n'y a pas de carburant à
manipuler et le fonctionnement en est simple et sécuritaire... de jeunes enfants peuvent facilement allumer
une lampe. La plupart du temps, c'est le mouvement des électrons dans les fils électriques (le courant) qui
transmet l'énergie. On peut considérer les électrons comme des « camions à énergie ». Évidemment, comme les
électrons sont beaucoup trop petits pour être pratiques, on les regroupe en unités plus grandes : les coulombs.
Le courant électrique étant le nombre de coulombs traversant un point de circuit en un temps donné, la
quantité d'énergie transportée est donc liée au courant électrique. Le voltage représente la quantité d'énergie
transportée par chacun des coulomb. Ainsi, la quantité d'énergie véhiculée par un courant dépend du courant
électrique et de la tension. De plus, la tension est égale au produit de la résistance d'un élément par le courant y
circulant. On sait également que la puissance est le rapport de l'énergie dépensée par unité de temps.
E : Énergie dépensée ou fournie par un élément de circuit (J)
U : Tension aux bornes de l'élément (V)
I : Courant circulant dans l'élément (A)
∆t : Durée d'utilisation de l'élément (s)
R : Résistance de l'élément de circuit (Ω)
P : Puissance développée par l'élément de circuit (W)
Le kilowatt-heure
Lorsqu'à chaque mois, on reçoit le compte d'Hydro-Québec, on est facturé sur la quantité d'énergie électrique que
l'on a utilisé. Cette dernière est déterminée en kilowatt-heure. Le kilowatt-heure est une unité d'énergie.
E = P·∆t
1 J = 1 W · 1s (1 J = 1 Ws)
3600 J = 1 W · 3600 s
3600 J = 1 W · 1 h
3 600 000 J = 1000 W · 1 h
3 600 000 J = 1 kW · 1 h
3 600 000 J = 1 kWh
La consommation d'un appareil électrique
La loi oblige les fabricants d'appareils électriques à y apposer une fiche signalétique. On retrouve sur cette fiche au
moins trois informations: la fréquence et le type de courant, le voltage et une façon de déterminer l'énergie con-
sommée par l'appareil (P ou I).
Lecture p.203-204
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Exercices
1. Quelle énergie est consommée par une ampoule de 100 W fonctionnant durant 2h45 ?
2. Un petit calorifère est branché dans un circuit ordinaire. Quel courant
circule dans ce calorifère lorsqu'il est en opération ?
3. Quelle est l'énergie dépensée par un grille-pain fonctionnant pendant 2 minutes et dans lequel circule un
courant de 6 ampères ?
4. Une bouilloire électrique ordinaire utilise une énergie de 270 kJ pendant 5 minutes pour faire bouillir une
certaine quantité d'eau. Quel courant électrique circule dans la bouilloire ?
60Hz 125V 750W
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5. Tous les jours, tu utilises durant 10 minutes un séchoir à cheveux de 1500 W. Quelle énergie consomme ce
séchoir durant un mois ?
6. Le circuit électrique alimentant la prise de courant d'un comptoir de cuisine est protégé par un fusible de
20 A. Tu branches une bouilloire de 1200 W et un four à micro-ondes de 1500 W. Le circuit est-il capable de
supporter les deux appareils fonctionnant simultanément ?
7. Combien de kilowatt-heure sont dépensés par un moteur de 5 kW fonctionnant 6 heures ?
E =
P =
∆t =
8. Détermine le coût annuel de l'utilisation du réfrigérateur dont la fiche
est la suivante, considérant que la moitié du temps, le moteur du
réfrigérateur ne fonctionne pas.
115V 60Hz 7,9A
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