Pour un générateur

Phase d’acquisition (Classe 1ère D, Année 2014-2015) – OG3 - Chap. 7: Energie et puissance électriques Activités/ questions professeur

Activités/ réponses apprenants(es)

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TRACE ECRITE

Chapitre 7

ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE

1.1.

Loi d’Ohm

Pour un récepteur a) Caractéristique u= f(i) d’un résistor b) Caractéristique u=f(i) d’un électrolyseur I AB (A) UAB (V)

0,05 1

0,1 0,2 2,3 2,7

0,3 0,5 0,8 1 2 3 4 5 2,9 3,1 3,4 3,5 3,9 4,2 4,6 4,9

c) 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,… a) Caractéristique u=f(i) d’une pile b) Schéma équivalent série c) Schéma équivalent parallèle Première D - Physique – Chap. 7 Energie et puissance électriques

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OBS

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1.2.

Loi de Pouillet

1.3.

Puissance et énergie

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Echange énergétique dans un récepteur a) 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(𝑓⃗) = q(VA – VB) = -ne(VA – VB) = Ereçue où n est le nombre d’électron et e la charge d’un électron b) Puissance reçue par un dipôle passif Première D - Physique – Chap. 7 Energie et puissance électriques

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La puissance électrique, en courant continu, est l’énergie reçue par unité de temps. 𝐸𝑟𝑒ç𝑢𝑒 𝑈𝐼𝑡 Preçue = = = UI 𝑡

Preçue = UI

𝑡

U : tension en volts (V) I : intensité en ampères (A) P : puissance en watts (W)

Applications a) Conducteur ohmique  Energie 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  Puissance La puissance électrique reçue par un conducteur ohmique est donc : 𝐸𝑟𝑒ç𝑢𝑒

𝑈2

Preçue = = RI2 = 𝑡 𝑅 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

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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. 𝑃 1800𝑊 2°) P = UI  I = ; I = = 8,18 A 𝑈 𝑈

3°) U = RI  R =

𝐼

220𝑉 220𝑉

;R=

8,18𝐴

= 26, 895Ω

4°) E = Pt ; E = 1800Wx(40x60s) = 4,32 106J 2 2 40 mn = h  E = 1800Wx h = 1200 Wh = 1,2 kWh 3 3 b) 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.  Energie 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  Puissance 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  Rendement Le rendement d’un récepteur est le rapport de la puissance utile qu’il produit et de la puissance qu’il reçoit.

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ρ=

¨𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑃𝑟𝑒ç𝑢𝑒

=

𝑒′𝐼 𝑒 ′ 𝐼+𝑟𝐼²

=

1 𝑟𝐼 𝑒′

1+

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