partie a : la chimie, science de la transformation de la matiere

PARTIE A : LA CHIMIE,
SCIENCE DE LA
TRANSFORMATION DE
LA MATIERE
12 semaines
CHAPITRE 3 : PUISSANCE ET
ENERGIE ELECTRIQUE
I Les transformations d’énergie
II La puissance électrique
1.
Valeurs nominales
2.
Puissance reçue par un appareil électrique
3.
Surintensité et dispositifs de protection
III L’énergie électrique
1.
Définition
2.
La facture d’électricité
I Les transformations d’énergie
On a vu (Cf ch1) que l’énergie existe sous
plusieurs formes : l’énergie électrique, l’énergie
thermique
(chaleur),
l’énergie
mécanique
(mouvement), etc…
Tous les appareils que construit l’homme afin
d’améliorer son confort sont des convertisseurs
d’énergie. Ils reçoivent de l’énergie sous une forme
et la restituent sous une ou plusieurs autres.
L’unité légale d’énergie est le joule (J)
James Prescott Joule 1818 - 1889 physicien britannique
ENERGIE
ELECTRIQUE
ENERGIE
THERMIQUE
ENERGIE
ELECTRIQUE
ENERGIE
RAYONNANTE
ENERGIE
THERMIQUE
ENERGIE
ELECTRIQUE
ENERGIE
MECANIQUE
ENERGIE
THERMIQUE
II La puissance électrique
1. Valeurs nominales
Relevons les valeurs figurant sur les plaques signalétiques
de plusieurs appareils :
Sur les plaques signalétiques d’un appareil électrique, on
peut lire plusieurs informations :
• La tension nominale exprimée en volt (V) : c’est la tension
normale d’utilisation.
• La nature du signal
(AC ou DC) permettant un
fonctionnement normal de l’appareil.
• La puissance nominale exprimée en watt (W) : c’est la
puissance reçue par l’appareil en fonctionnement normal.
2. Puissance P reçue par un dipôle
2.1 En courant continu
P  U I
Watt
(W)
A
V
James Watt
1736-1819
Physicien Ecossais
2.2 En courant alternatif
P  Uef f  Ief f
Watt
(W)
V
A
Application numérique :
FACILE
P = 3 W; U = 220 V
I = 0,013 A = 1,3 mA
P = 500 W ; I = 2,0A
U = 250 V
P = 0,15 W
U = 3 V; I = 0,05A
DIFFICILE
Il faut
CONVERTIR !
P = 2,5 mW
U = 125 mV
I = 0,02 A = 20 mA
P = 32 MW
I = 500 A
U = 64 000 V = 64 kV
U = 12 kV
I = 750 mA
P = 9000 W = 9 kW
3. Surintensité et appareils de protection
3.1 Additivité des puissances dans un circuit en dérivation
Loi des nœuds : Itotale = I1 + I2
Dans un circuit en dérivation on a U1 = U2 = Ugéné
Puissances mises en jeu :
P1 = U1 x I1
P2 = U2 x I2
Ptot = Ugéné x Itotale
Ainsi Ptot = Ugéné x (I1 + I2) = Ugéné x I1 + Ugéné x I2
D’où Ptot = U1 x I1 + U2 x I2 = P1 + P2
Dans un circuit en dérivation, les puissances consommées
s’ajoutent.
3.2 Surintensité
Dans une installation domestique, plus on branche
d’appareils sur une même ligne, plus la puissance
consommée est grande.
Or Ptotale = Usecteur x Itotale
soit
Itotale
Ptotale

Usec teur
Par conséquent, si Ptotale augmente, Itotale augmente.
Le branchement de plusieurs appareils électriques sur une
même ligne électrique d’une installation domestique peut
provoquer une surintensité.
3.3 Appareils de protection
• On se protège d’une surintensité à l’aide d’un fusible
branché sur la ligne électrique à protéger.
• Le fusible fond si l’intensité qui le traverse est supérieure
à une certaine valeur : il ouvre le circuit.
III L’énergie électrique
1. Définition
E = P × Δt
Joule(J)
W
s
Application numérique :
FACILE
P = 3 W ; Δt = 220 s
E= 660 J
P = 500 W ; E = 2,0 J Δt = 0,004 s = 4 ms
E = 30 J ; Δt = 5 s
P=6W
DIFFICILE
Il faut
CONVERTIR !
P = 2,5 kW
E = 1250 J
Δt = 0,5 s
P = 32 W
Δt = 5 minutes
E = 9600 J
E = 12 kJ
Δt = 2h20
P = 1,4 W
2) La facture électrique
EDF facture l’énergie électrique, au prix du kiloWattheure consommé (le Joule, unité trop petite, n’est pas
utilisé).
E = P × Δt
Watt-heure(Wh)
W
h
Un kilo Watt-heure coûte environ 7
centimes d’euros en heure pleine. Quel
est le prix de l’électricité nécessaire pour :
faire tourner un lave-vaisselle ? (durée du
lavage 1h , puissance de l’appareil
2500W)
E  P  t  2500 1  2500Wh
E  2500Wh  2,5kWh
prix  E  0,07euros  0,175euros
-Regarder une émission de 52 minutes à la télé en heure
creuse (1kWh = 5 cents) ? (puissance 200W)
52
E  P  t  200 
 173Wh
60
E  173Wh  0,17kWh
prix  0,17  0,05euros  0,0095euros  1centime
Convertir un temps
÷ 3600
Temps
en s
÷ 60
× 60
Temps
en min
÷ 60
× 60
× 3600
Temps
en h
Exemples
Convertir 2 h 43 min 24 s en secondes et en heures
t  2  3600  43  60  24  9804s
24
43
t 

 2  2,72h
3600 60
Convertir 3 h 12 min 45 s en secondes et en heures
Δt = 11565 s = 3,2 h
Exercices
Puissance
Synthèse