Phase d’acquisition (Classe 1ère D, Année 2014-2015) – OG3 - Chap. 7: Energie et puissance électriques Page sur
Activités/ questions
professeur
|
Activités/ réponses apprenants(es)
|
TRACE ECRITE
|
OBS
|
|
|
Chapitre 7
ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE
|
1.Loi d’Ohm Pour un récepteur
Caractéristique u= f(i) d’un résistor
Caractéristique u=f(i) d’un électrolyseur
Caractéristique u=f(i) d’une diode
Pour un générateur
Un générateur est appareil qui transforme une forme d’énergie en énergie électrique : pile, accumulateur, groupe électrogène,…
Caractéristique u=f(i) d’une pile
Schéma équivalent série
Schéma équivalent parallèle
Loi de Pouillet
1.Puissance et énergie Echange énergétique dans un récepteur
Energie reçue par un dipôle
Si pendant un temps t, un porteur de charge q entre en A (potentiel VA) et en sort en B (potentiel VB), l’énergie potentielle électrique diminue. L’énergie potentielle électrique E= qVA – qVB ,perdue par le porteur de charge, se dissipe dans le dipôle.
Pour un dipôle récepteur, l’énergie potentielle électrique perdue par l’ensemble des porteurs de charges en mouvement, se dissipe dans le dipôle et représente l’énergie électrique reçue.
Ereçue = q(VA – VB) = qUAB
Or q =It, il vient : Ereçue = UABIt
-
Ereçue = UIt
|
U : tension en volts (V)
I : intensité en ampères (A)
T : temps en secondes (s)
E : énergie en joules (J)
|
Remarque : l’énergie électrique reçue par un dipôle est égale au travail des forces électrostatiques s’appliquant sur les porteurs de charge en mouvement.
W( ) = q(VA – VB) = -ne(VA – VB) = Ereçue
où n est le nombre d’électron et e la charge d’un électron
Puissance reçue par un dipôle passif
La puissance électrique, en courant continu, est l’énergie reçue par unité de temps.
Preçue =  =  = UI
-
Preçue = UI
|
U : tension en volts (V)
I : intensité en ampères (A)
P : puissance en watts (W)
|
Applications
Conducteur ohmique
Ereçue = UIt = RI²t
Loi de Joule :
Dans un conducteur ohmique, toute l’énergie électrique reçue par le dipôle est restituée au milieu extérieur sous forme de chaleur
La puissance électrique reçue par un conducteur ohmique est donc :
Preçue = = RI2 = 
Application :
Un fer à repasser porte les indications suivantes : 1800W ; 220V.
1°) Que signifient ces indications ?
2°) Calculer l’intensité du courant dans la résistance de chauffage lorsque le fer fonctionne.
3°) Calculer la valeur de cette résistance
4°) Calculer l’énergie consommée lors d’une séance de repassage de 40 minutes (en joules et en kWh).
Résolution
1°) Les indications signifient que si l’appareil est branché sur une source de tension 220V, il reçoit une puissance de 1800W.
2°) P = UI I =  ; I =  = 8,18 A
3°) U = RI R =  ; R =  = 26, 895Ω
4°) E = Pt ; E = 1800Wx(40x60s) = 4,32 106J
40 mn =  h E = 1800Wx h = 1200 Wh = 1,2 kWh
Récepteur actif
Un récepteur actif est un dipôle dans lequel une partie de l’énergie électrique est transformée en une forme d’énergie autre que l’énergie thermique.
Ereçue = UIt or U = e’ + rI Ereçue = (e’ + rI)It = e’It + rI²t
Eutile = e’It : énergie utile ou fournie (mécanique, chimique, …)
Etherm = rI²t : énergie thermique perdue par effet joule
Ereçue = Eutile + Etherm
La puissance sera :
Preçue = (e’ + rI)I = e’I + rI² = Putile + Ptherm
Putile : puissance utile ou fournie (mécanique, chimique, …)
Etherm : puissance thermique perdue par effet joule
Le rendement d’un récepteur est le rapport de la puissance utile qu’il produit et de la puissance qu’il reçoit.
ρ =  =  =  < 1
Application :
Un électrolyseur reçoit une puissance P = 150W lorsqu’il est traversé par un courant d’intensité I = 10 A. La puissance thermique est Pth = 100W
Déterminer sa résistance interne et sa force contre-électromotrice.
Résolution :
Pth = rI² r =  ; r =  = 1Ω
Preçue = UI = Putile + Pth Putile = Preçue – Pth = e’I e’=  ;
e’=  = 5V
1.Echange énergétique dans un générateur
Bilan d’un générateur
Efournie = UIt = (e –rI)It = eIt – rI²t =Egénérée - Etherm
Efournie = UIt : énergie fournie par le générateur au milieu extérieur
Egénérée = eIt : énergie engendrée par le générateur
Etherm = rI²t : énergie thermique par effet joule
Pfournie = UI = (e –rI)I = eI – rI² =Pgénérée - Ptherm
Pfournie = UI : puissance fournie par le générateur au milieu extérieur
Pgénérée = eI : puissance engendrée par le générateur
Ptherm = rI² : puissance thermique par effet joule
Rendement
Le rendement d’un générateur est le rapport de la puissance fournie à la puissance générée :
Ρ =  =  = 1 -  < 1
Application :
Calculer UAB = U lorsque IAB = 0,8A, puis IBA = 1A .
R=47Ω ; r = 3Ω ; e = 120V
Résolution :
Pour IAB = 8 A : le générateur est monté en opposition, c’est un récepteur.
UAB = rI + e +RI = e + (r+R)I; I = 120V + (47Ω + 3Ω)x0,8A = 160 V
Pour IBA = 10A : le dipôle est générateur.
UAB = rI - e +RI = (r+R)I – e ; I = (47Ω + 3Ω)x1A -120V = -70V
|
|
Première D - Physique – Chap. 7 Energie et puissance électriques Page sur
|
