Puissance et énergie électrique et sécurité électrique http://www

Puissance et énergie électrique
et sécurité électrique
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1 - Pour commencer . . .
On alimente sous leur tension nominale 2 lampes :
 L1 : « 12 V 25 W »
 L2 : « 12 V 40 W »
12 V : ……………………………………………………………………………………………………….
25 W : ………………………………………………………………………………………………………
40 W : ………………………………………………………………………………………………………
Observation : ……………………………………………………………………………………………….
Alimentée sous sa tension nominale, une lampe éclaire d’autant ……………………. que sa
……………………………… est ……………………………………….
2 –Puissance nominale.
Les grandeurs affichées :
Sur tout appareil électrique on trouve une plaque signalétique portant différentes informations :



220V AC : C’est la tension nominale d’alimentation. (Pour fonctionner normalement cet appareil
doit être alimenté avec une tension alternative de valeur efficace 220V)
50 Hz : C’est la fréquence que doit avoir la tension d’alimentation.
100 W : C’est la puissance nominale de cet appareil.
Que représente la puissance indiquée ?
La puissance nominale d’un appareil est la puissance électrique qu’il reçoit lorsqu’il est soumis à sa tension
nominale (c’est à dire sa tension normale d’alimentation)
Notation et unité :
On utilise la lettre P pour noter les puissances et elles s’expriment en Watt (W).
Exemple : P = 1500 W = 1,5 kW.
3 – Puissance électrique consommée par un appareil. ( vidéo )
Appareil
Puissance nominale ( W )
Tension aux bornes de l’appareil ( V )
Intensité ( A )
UxI
Lampe 1
0,6
Lampe 2
1,8
Lampe 3
2,4
En déduire la relation entre la puissance, l’intensité du courant el la tension : ………………….
3 – Calcul de puissance.
a) En continu :
La puissance électrique dépend à la fois de la tension U d’alimentation et de l’intensité I. Pour les appareils alimentés
en continu on a la formule :
P = ………………………….
b) En alternatif :
Pour un appareil de type résistif (composé de résistances, ex un four ou une ampoule) alimenté en alternatif,
la formule reste la même mais on effectue le calcul avec les valeurs efficaces de la tension et de l’intensité.
P = …………………………
c) Puissance consommée par une installation :
Si une installation (maison, usine …) comporte plusieurs appareils électriques alors la puissance électrique
totale consommée par l’installation est égale à la somme des puissances consommées par chaque appareil de
l’installation.
Exemple : Si vous utilisez chez vous en même temps un four micro-onde (1,2 kW), un fer à repasser (300W)
et deux ampoules (75 W chacune) la puissance électrique consommée vaudra :
Ptotale = 1200 + 300 + 75 +75 = 1650 W
4 – Puissance consommée par un conducteur ohmique.
Dans un conducteur ohmique, la loi d’Ohm nous permet d’écrire : …………………………..
La puissance consommée est donnée par : ……………………………………………………
Exprimer la puissance P en fonction de I et R : ……………………………………………….
Exprimer la puissance P en fonction de U et R : ………………………………………………
5 – Sous –tension et surtension
Un dipôle électrique (D) possède une tension nominale U et une puissance nominale P.
Soumis à une tension U’, la puissance électrique Pel reçue par D n’est pas nécessairement égale à P.
Si U’ > U donc Pel ………. P et (D) est en cas de ………………………………..
Si U’ < U donc Pel ………. P et (D) est en cas de ………………………………..
Si U’ = U donc Pel ….…… P et (D) est en cas de ………………………………..
6– L'énergie électrique.
a)Quelle est la différence entre puissance et énergie ?
La puissance électrique est une grandeur instantanée, c’est à dire qu’elle permet de savoir ce que reçoit un
appareil ou une installation à chaque instant.
Par contre l’énergie tient compte de la durée d’utilisation (E.D.L. ne fera pas payer le même prix si on utilise
une lampe halogène pendant 5 minutes ou pendant 10 heures).
Notation et unité pour l’énergie :
On utilise la lettre E pour noter les énergies et elles s’expriment en Joule (J) , Wh ou kWh
b) Calcul de l'énergie :
Pour calculer l’énergie électrique consommée il suffit donc de multiplier la puissance électrique par le temps
d’utilisation :
E = ……………………………………
7 – Énergie électrique consommée par un conducteur ohmique.
Dans un conducteur ohmique, la loi d’Ohm nous permet d’écrire : …………………………………
Exprimer l’énergie électrique E en fonction de U, I et t : ……………………………………………………
Exprimer l’énergie électrique E en fonction de I , R et t : ……………………………………………..…….
Exprimer l’énergie électrique E en fonction de U, R et t : ……………………………………………..……
N.B : 1 Wh = ………………….. J ; 1 MJ = ………………….. J ; 1 GJ = ……………………. J
8 – Énergie électrique consommée dans un conducteur ohmique. ( Effet Joule )
Un appareil, traversé par un courant électrique, s’échauffe. C’est l’effet Joule.
Dans certains cas, l’effet Joule présente des avantages et dans d’autres des inconvénients.
Dans un conducteur ohmique, l’énergie électrique reçue est ……………………. transformée en ……….
9 – Sécurité électrique.
Généralement, une prise de courant possède une borne …………………….. une borne …………………..
et une borne ………………………………
La tension entre la borne neutre et la borne de terre est pratiquement ……………………..
La tension entre la borne de phase et la borne neutre est …………………………………..
La tension entre la borne de phase et la borne terre est …………………………………….
Dans une habitation, les appareils sont branchés en dérivation entre ………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………
Le fusible et le disjoncteur à intensité maximale permettent de protéger ………………………………….
contre les …………………………………… comme celles causées par les courts –circuits.
P
N
Le disjoncteur différentiel, associé à une prise …………………………….. , permet de protéger
………………………………….des accidents d’électrocution.
P
N
Pour plus de sécurité, les fusibles, les interrupteurs et les disjoncteurs à intensité maximale sont insérés sur
………………………………………..
Exercices.
1) On considère deux lampes L1 ( 3,5 V ; 350 mA ) et L2 ( 6V ; 100 mA).
Laquelle des 2 lampes consomme t – elle le plus de puissance en fonctionnement normal ?
2) Un sèche cheveux porte les indications suivantes : 220 V et 1500 W.
a) Que signifient ces indications ?
b) Quelle est l’intensité du courant qui circule dans l’appareil en fonctionnement normal ?
3) Un lustre comporte 15 lampes montées en dérivation et portant chacune les indications : ( 220V ;
40W).
a) Quelle est la puissance totale consommée par le lustre en fonctionnement normal ?
b) Calculer en kWh et en J , l’énergie consommée pendant 2h de fonctionnement ?
4) Une lampe porte les indications suivantes : 12 V et 21 W.
Calculer en kWh et en J l’énergie électrique consommée par cette lampe en 10h de fonctionnement
normal.
5) Une lampe brille normalement lorsqu’elle est parcourue par un courant de 600 mA. Elle porte
l’indication 1,8 W. Quelle est sa tension nominale ?
6) Une lampe consomme 7200 J lorsqu’elle fonctionne pendant une demi-heure. Quelle est sa puissance
nominale ? Pouvez- vous calculer sa tension nominale ? Justifiez.
7 ) Une lampe de 100W a consommé une énergie électrique de 540000 J. Pendant quelle durée a-t-elle
été allumée ?
8) Un réfrigérateur de puissance 150 W consomme une énergie électrique de 0,5 kWh pendant 24h.
a) le compresseur de ce réfrigérateur fonctionne t- il en permanence ?
b) sinon, quelle est la durée de fonctionnement du compresseur pendant ces 24 h ?
9) Soit un conducteur ohmique de résistance R= 12000 Ω et de puissance maximale 0,5 W.
a) Donner la relation qui existe entre la puissance électrique consommée , la résistance R et l’intensité
du courant I.
b) Quelle est l’intensité maximale du courant que ce conducteur peut supporter ?
10) On dispose d’une pile de 4,5 V et de 3 lampes de tensions nominales 1,2 V ; 6V et 12V.
Peut-on brancher , sans risque , chaque lampe aux bornes de la pile ? s’éclairera t- elle bien ?
11)Un conducteur ohmique de résistance R= 2 kΩ est traversé par un courant électrique d’intensité
25mA.
a) Quelle est durant 2 min , l’énergie thermique fourni par ce dipôle ?
b) Quelle est la puissance thermique dissipée à travers ce conducteur ?
12)
A – les appareils électriques de chauffage comportent des fils métalliques enroulés en hélice appelés
« résistances chauffantes ». Sur la plaque signalétique d’un appareil de chauffage, on peut lire les
Indications suivantes :
Appareil électrique de chauffage
220V ; 50Hz ; 2000 W
1) Que représente chacune de ces indications ?
2) Cet appareil fonctionne – t – il en tension alternative ou continue ? Justifier.
3) Calculer l’intensité du courant qui traverse cet appareil.
4) Calculer la résistance de la « résistance chauffante ».
5) Pour se réchauffer en hiver, on utilise cet appareil 8 heures par jour.
a – Calculer, en kWh, l’énergie consommée pendant un hiver qui dure 90 jours.
b – Quel est le coût de l’usage hivernal de cet appareil si le kilowatt – heure est facturé 120 LL.
B – Une prise électrique est protégée par un fusible de 10 A. On veut brancher simultanément, sur cette
prise, l’appareil électrique de chauffage et un fer à repasser d’une puissance 1200W.
a – Calculer la puissance totale des appareils branches sur la prise.
b – Calculer l’intensité efficace du courant que va délivrer la prise.
c – Peut – on faire fonctionner ces deux appareils en même temps ? Pourquoi ?