Circuits électriques Puissance et énergie électrique 2ème Sciences

Lycée secondaire Faedh-Sidi Bouzid
Prof : M. Omri
2ème Sciences
SCIENCES PHYSIQUES
Thème 1 : Circuits
Chap1 : Puissance
PHYSIQUE
électriques
et énergie électrique
Objectifs
L’élève sera capable de :
❂Déterminer la puissance électrique mise en jeu dans une portion de circuit électrique;
❂Déterminer l’énergie électrique mise en jeu dans une portion de circuit pendant un intervalle de
temps Δt;
❂Distinguer un récepteur actif d’un récepteur passif.
Prérequis
❂ Sens du courant électrique.
❂Notion de l’intensité du courant électrique.
❂Notion de la tension électrique.
❂ Dipôle récepteur- dipôle générateur.
I- Notion de puissance électrique :
 Lorsqu'on fait fonctionner diverses lampes à incandescence normalement, c'est-àdire sous leur tension nominale, on s'aperçoit que certaines éclairent mieux que d'autres.
Exemple:
Une lampe de projecteur de diapositives (24𝑉) éclaire plus que la lampe à incandescence (6𝑉).
 La grandeur en relation avec l'éclairement de ces lampes, ce n'est ni la tension, ni
l'intensité mais la puissance électrique.
 La puissance électrique d’un dipôle est une grandeur physique qui caractérise la rapidité
du transfert électrique entre ce dipôle et le reste du circuit électrique ou le milieu extérieur.
1- Unité de la puissance:
 L’instrument de la mesure de la puissance est le wattmètre
 La puissance s'exprime en watt (symbole W); on utilise également les multiples et les
sous multiples
2- Relation entre la puissance en courant continu:
Branchons l'appareil étudié (lampe 12V- 21W) aux bornes d'un générateur et réglons la
tension à la valeur nominale 𝑈 = 12𝑉
Mesurons l'intensité I qui traverse la lampe:
𝑈 = 12𝑉 ; 𝐼 = 1,75 𝐴
 On constate que le produit 𝑈𝑥𝐼 = 12𝑉𝑥1,75 𝐴 = 21𝑥𝑉𝑥𝐴
 On admet que:
La puissance P consommée par un dipôle récepteur en courant continu est égale au produit de
la tension U à ses bornes par l'intensité I du courant qui le traverse
3- Puissance nominale d’un appareil électrique :
Sur les deux lampes d’un cyclomoteur, on a les indications suivantes: (6V; 15W) et lampe
arrière (6V; 4W)
 La première indication indique la tension nominale: 6V.
 La seconde indique la puissance nominale 15W ou 4W.
Définition:
La puissance nominale d'un récepteur est la puissance consommée par l'appareil en
fonctionnement normal. Elle est en général indiquée par le fabricant.
Application:
Pour protéger une ligne électrique alimentant un four (230𝑉; 3,5𝑘𝑊), peut on utiliser un
fusible de 20A? Justifie ta réponse.
Calcul de l’intensité efficace du courant sui traverse la résistance chauffante du four
I= P/U Avec P = 3,5kW = 3500 W et U = 230V. I = 3500/230 I = 15,2 A
Or 15,2 < 20; on peut donc utiliser un fusible de calibre 20A
II- L’énergie électrique:
Un appareil électrique consomme une énergie électrique, cette énergie noté 𝑊 dépond de
la puissance 𝑃 de l’appareil et de la durée ∆𝑡.
1- Définition:
L’énergie électrique w consommée par un appareil de puissance P pendant une durée ∆𝑡 est
donnée par la relation: 𝑤
2- Unités d'énergie :
= 𝑃𝑥∆𝑡
Si 𝑃 est exprimée en watt (𝑊) et ∆𝑡 est exprimée en seconde (𝑠), l’énergie 𝑊 est exprimée en
joule (𝐽)
3- Mesure de l'énergie :
 A l’entrée de chaque réseau électrique domestique ou industriel, on trouve un compteur
d’énergie électrique installé parle STEG
 Le rôle de cet appareil est la mesure de l’énergie électrique consommée par le réseau
 Ce compteur mesure l’énergie en Kilowatt-heures ( 𝑘𝑊ℎ)
 Le Kilowatt-heures ( 𝑘𝑊ℎ) est l’unité usuelle de l’énergie électrique.
Remarque:
Pour convertir des Wattheures Wh en Joules J, il suffit de
multiplier ou de diviser par 360
Avec:
Si 𝑃 est la puissance en watt (𝑊), ∆𝑡 le temps en heures (ℎ), alors
l’énergie West en wattheure (𝑊ℎ)
Si 𝑃 est la puissance en watt (W), ∆𝑡 le temps en secondes (𝑠),
alors l’énergie West en Joules (𝐽
III- Application :
Un fer à repasser porte les indications suivantes :230 𝑉et1000 𝑊.
1-Calculer l’énergie 𝑊 qu’il consomme en 2 ℎ 30 𝑚𝑖𝑛 en 𝑘𝑊ℎ et en 𝐽.
2- Calculer l’intensité du courant I qui le traverse.
3-Calculer le coût de l’heure sachant que le STEG facture 0,16 dinar le 𝑘𝑊ℎ.
IV- Transformation d’énergie électrique :
Les appareils électriques reçoivent de l’énergie électrique et la transforment sous une ou
plusieurs autres formes d’énergie (énergie thermique ou chaleur, énergie rayonnante ou
lumière, énergie mécanique ou mouvement …….)
1-Exemples:
 L’énergie électrique reçue par un appareil est toujours transformée totalement ou en partie
sous forme de chaleur
2- Conclusion:
Pour les appareils électriques, une partie ou toute l’énergie qu’ils consomment est toujours
transformée en CHALEUR ou énergie THERMIQUE.
On appelle effet joule la transformation de l’énergie électrique en énergie thermique
Application:
Les lampes des phares d’un automobile ont une puissance de 45 W chacune.
Calcule l’énergie consommée par les deux lampes pendant une durée de fonctionnement de
trois heures. Exprime ce résultat en kilo-wattheures puis en joules.
V- Quelques notions :
Effet joule : on appelle effet joule, le dégagement de chaleur qui accompagne le passage de
courant dans un conducteur. C’est la transformation d’énergie électrique en énergie thermique.
Récepteur : un récepteur est un appareil qui transforme l’énergie électrique en une autre forme
d’énergie.
Un récepteur est passif s’il transforme en chaleur toute l’énergie qu’il reçoit alors qu’un
récepteur actif est un récepteur qui transforme une partie de l’énergie électrique en une autre
forme d’énergie différente de l’énergie thermique (mécanique, lumineuse….)
Générateur : un générateur est un appareil qui transforme en énergie électrique toute autre forme
d’énergie.
VI- Application
:
Une installation domestique comprend en parallèle un réfrigérateur ( 𝑃1 = 880 𝑊 ), un
téléviseur ( 𝑃2 = 330 𝑊), Une chaîne stéréo
( 𝑃3 = 220 𝑊) et un ordinateur (𝑃4 = 110 𝑊 )
alimentés sous une tension électrique
𝑈 = 220 𝑉.
1- Calculer l’intensité nominale de courant
traversant chaque appareil.
2- Calculer la puissance totale consommée par
l’installation lorsque tous les appareils fonctionnent.
3- Calculer en joules et en 𝐾𝑊ℎ l’énergie consommée par tous les appareils lorsqu’ils
fonctionnent pendant 4 heures.
4- Lorsque le téléviseur, l’ordinateur et la chaîne sont mis en veille, l’intensité de courant
qui traverse chacun d’eux est 𝐼 = 0,1 𝐴 . Calculer l’énergie électrique perdue en KWh
si la durée de la mise en veille est de 16 heures par jour
Application:
Pour protéger une ligne électrique alimentant un four (230𝑉; 3,5𝑘𝑊), peut on utiliser un
fusible de 20A? Justifie ta réponse.
III- Application :
Un fer à repasser porte les indications suivantes :230 𝑉et1000 𝑊.
1-Calculer l’énergie 𝑊 qu’il consomme en 2 ℎ 30 𝑚𝑖𝑛 en 𝑘𝑊ℎ et en 𝐽.
2- Calculer l’intensité du courant I qui le traverse.
3-Calculer le coût de l’heure sachant que le STEG facture 0,16 dinar le 𝑘𝑊ℎ.
Application:
Les lampes des phares d’un automobile ont une puissance de 45 W chacune.
Calcule l’énergie consommée par les deux lampes pendant une durée de fonctionnement de
trois heures. Exprime ce résultat en kilo-wattheures puis en joules.
VI- Application
:
Une installation domestique comprend en parallèle un réfrigérateur ( 𝑃1 = 880 𝑊 ), un
téléviseur ( 𝑃2 = 330 𝑊), Une chaîne stéréo
( 𝑃3 = 220 𝑊) et un ordinateur (𝑃4 = 110 𝑊 )
alimentés sous une tension électrique
𝑈 = 220 𝑉.
1- Calculer l’intensité nominale de courant
traversant chaque appareil.
2- Calculer la puissance totale consommée
par l’installation lorsque tous les appareils fonctionnent.
3- Calculer en joules et en 𝐾𝑊ℎ l’énergie consommée par tous les appareils lorsqu’ils
fonctionnent pendant 4 heures.
4- Lorsque le téléviseur, l’ordinateur et la chaîne sont mis en veille, l’intensité de
courant qui traverse chacun d’eux est 𝐼 = 0,1 𝐴 . Calculer l’énergie électrique
perdue en KWh si la durée de la mise en veille est de 16 heures par jour