Connaître l’énergie électrique

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Fiches
Classe(s) : 1re S | Thème(s) : Convertir l’énergie et économiser les ressources


Rappels de cours

1 La production d’énergie électrique

Aujourd’hui, la grande majorité de l’électricité produite dans le monde vient de la combustion de ressources fossiles (pétrole, gaz, charbon). En France, on utilise surtout des centrales nucléaires pour produire l’électricité.

2 La notion de chaîne énergétique

► Une chaîne énergétique est une figure qui permet de décrire les situations qui mettent en jeu de l’énergie.

► Les réservoirs qui stockent de l’énergie sont représentés par un rectangle : , les convertisseurs de l’énergie, qui reçoivent autant d’énergie qu’ils en fournissent, sont représentés par des cercles : , les transferts d’énergie sont représentés par des flèches : .

exemple La chaîne énergétique d’une pile faisant briller une ampoule :

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3 La puissance électrique

à noter Le wattheure correspondant à un transfert d’un watt pendant une heure soit 3 600 secondes : 1 Wh = 3 600 J.

► Pour une énergie E transférée durant une durée Δt, la puissance P associée est donnée par la relation :

P=EΔt

P en watts (W), E en joules (J) et Δt en secondes (s)

On a donc 1W=1Js1.

► La puissance électrique P d’un appareil est le produit de la tension U à ses bornes par l’intensité I du courant que le traverse :

P=U×I

P en watts (W), U en volts (V), I en ampères (A)

4 Le rendement d’une conversion

Le rendement d’un convertisseur (ou d’une conversion) s’exprime :

r=énergie(oupuissance)utiletransféréeénergie(oupuissance)totaleconvertie

Méthode

Comprendre l’effet Joule

L’effet Joule est le phénomène de transfert thermique vers l’environnement effectué par tout conducteur traversé par un courant électrique. Il est mis à profit par les radiateurs, plaques chauffantes, bouilloires électriques, etc. En revanche, il représente de l’énergie perdue par rapport à l’usage souhaité pour les ordinateurs, les ampoules, les fils électriques.

1. Rappeler la loi d’Ohm dans le cas d’un conducteur ohmique de résistance R alimenté sous une tension U et traversé par un courant I.

2. En déduire les relations qui donnent la puissance électrique PJ reçue par le conducteur ohmique en fonction de I et de U.

3. Calculer la puissance électrique, puis l’énergie reçue pendant 3 min par une bouilloire de résistance R=25Ω branchée sur le secteur (U = 220 V). Cette énergie reçue est transférée par effet Joule vers l’environnement. 85Wh chauffent réellement l’eau contenue dans la bouilloire et le reste est transféré vers l’extérieur.

4. Schématiser la chaîne énergétique associée à la situation étudiée.

5. Calculer le rendement de la bouilloire.

Solution

1. Loi d’Ohm : U=R×I soit I=URU est en volts (V), I en ampères (A) et R en ohms (Ω).

2. PJ=U×I=(R×I)×I=R×I2 et PJ=U×I=U×UR=U2R.

3. PJ=U2R=220225=1,9×103W=1,9kW et E=PJ×Δt=1,9×103×(3,0×60)=3,5×105J=3,5×102kJ=97Wh.

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4. 

5. Il y a 12 Wh transférés vers l’extérieur. Le rendement de la bouilloire est donc : r=8597=0,88=88%.