3° > Chap NRJ4 : Énergie, puissance et rendement

Sur une nouvelle feuille, créez un chapitre NRJ4 intitulé « Énergie, puissance et rendement » puis faire l’activité 1.

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Activité à rechercher avant de venir en cours

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Activité 1  : Le rendement

Visionnez la vidéo ci-dessous puis répondez par écrit dans votre cours aux questions ci-dessous :

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1° Recopier l’énoncé du 1er principe de la thermodynamique

2° D’après cette vidéo, quel est le rendement d’une moto (en %) ? :

3° Dans un moteur, sous quelle forme l’énergie est-elle perdue ?

4° Si on écrit mathématiquement que le Rendement = Énergie utile / Énergie fournie :

  • a) Pour une moto, sous quelle forme se trouve l’énergie utile ? : (voir entre 1min45 et 1min55)
  • b) Pour une moto, sous quelle forme se trouve l’énergie fournie ? : (voir entre 1min45 et 1min55)

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5° Recopie et complète le diagramme de transformation d’énergie ci-dessous avec les noms des formes d’énergies.

Remarque : L’énergie fournie est à placer à l’entrée sur ce schéma, l’énergie utile est à la sortie. Par convention, les pertes sont toujours figurées vers le bas.

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 Autres activités qui seront faites durant le cours

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Activité 2  : Diagramme énergétique avec les puissances

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1° Représentation de la chaine énergétique

On trouve un diagramme analogue à celui des énergies (voir Activité 1)

2° Question d’arithmétique :

Si les pertes de puissance pour une moto de course sont égales à 60 %. Combien reste-t-il de puissance utile (en %) pour la moto ?

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3° Deux définitions pour le rendement

3.a) en utilisant les puissances :

Traduisez en langage mathématique la définition suivante :

« Le rendement correspond au rapport entre la puissance utile et la puissance fournie »

Mathématiquement on écrit donc :

Rendement = Puissance ……… / Puissance ………

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3.b) en utilisant les énergies :

Remarque : la même relation existe avec les énergies.

Traduisez en langage mathématique la définition suivante :

« Le rendement correspond au rapport entre l’énergie utile et l’énergie fournie »

Mathématiquement on écrit donc :

Rendement = Énergie ……… / Énergie ………

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Activité 3  : L’unité de la puissance : Le Watt

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Visionnez la vidéo ci-dessous puis répondez par écrit dans votre cours

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1° Connaitre les unités

De quelle grandeur électrique le Watt est-il l’unité ?

A SAVOIR : Les initiales S.I désignent le Système International d’unités

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2° Savoir lire les valeurs nominales :

Observer la photo ci-dessous et utiliser la souris pour pointer sur les informations

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2a) D’après le constructeur de cette ampoule, quelle est la tension recommandée pour une bonne utilisation (utiliser la souris pour pointer sur les informations) ?

2b) De même, quelle est l’intensité recommandée pour une bonne utilisation ?

2c) En déduire ce que signifie « nominale » dans l’expression « valeur nominale » (Rédiger).

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Activité 4  : La puissance électrique, la tension électrique et l’intensité électrique

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1° Réaliser des mesures

Choisit le montage correct qui permet de mesurer la puissance de la lampe à partir des valeurs de U et de I.

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Rappel de 4eme : Un Voltmètre se branche en dérivation. Un ampèremètre se branche en série.

Quelles grandeurs ont-elles ainsi été mesurées grâce à ce circuit ?

2° Faire la manipulation sur une animation

Accéder à l’animation interactive en cliquant sur l’image (Autoriser l’activation d’Adobe flash si demandé). 

A la maison : Si vous ne parvenez pas à utiliser l’animation, vous pouvez accéder à une version exécutable (Windows), ou Mac, ou vidéo à partir du site « PCCL ». Pour y accéder, cliquez sur le lien suivant : « PUISSANCE ÉLECTRIQUE / COUPE-CIRCUIT / SURINTENSITE« 

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Répondez ensuite aux questions suivantes, par écrit, sur votre feuille :

2.a) Réaliser le circuit avec la 1ère lampe (= celle du haut) (voir photo ci-dessus).

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2;b) Noter la valeur I1 de l’intensité électrique indiquée par l’ampèremètre : I1 = …

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3° Relation entre Puissance, Tension et Intensité

Pour chacune des 2 lampes, on peut lire la puissance nominale indiquée sur les supports (voir photo) : Puissance : P = 6 Watt et tension : U = 12 V.

Quelle est la relation ci-dessous compatible avec les mesures. (Essayer chacune des relations de la question ci-dessous – Arrondir le résultat).

Choisir :

P = U / I            ou       P = I / U           ou          P = U × I

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4° Analyser

Réaliser le montage en utilisant cette fois-ci la 2ième lampe (= celle du bas).

Noter la valeur I2 de l’intensité électrique : I2 = …

Refaites alors le calcul de la puissance P1 (sans arrondir le résultat) pour la 1ère lampe puis calculer P2 pour la 2ième.

Comparez ces résultats : Laquelle des 2 lampes est, en fait, légèrement plus puissante que l’autre ?

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Activité 5 : Les relations équivalentes entre P, U et I

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Trouver les relations mathématiquement équivalentes à la relation trouvée précédemment

Indication : Pensez à utiliser une méthode facile pour passer d’une formule à l’autre basée sur les habitudes de calculs comme ci-dessous :

6 = 3 × 2         soit        3 = 6 /2         soit aussi        2 = 6 / 3

Utilise la règle des opérations inverses pour trouver les relations équivalentes correctes.

P = U × I       soit     U = …./…     soit aussi    I = …/…

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Activité 6 – Je révise pour le brevet : La sécurité électrique dans une habitation

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1° Puissances nominales

Zoomer sur les images ci-dessous pour lire la puissance de chacun des 2 fers à repasser.

Notez-les : P(Singer) = …                  et P(Bosch) = …

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2° Calculer

Indication : A la maison, la tension de toutes les prises classiques est U = 220 V.

Calculer l’intensité I pour chacun des fers à repasser : ISinger = …   et IBosch = ….

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3° Exploiter un document

Zoomer sur l’image suivante pour bien voir les intensités maximales supportées par les fusibles des lignes 1 à 7 (numérotées de gauche à droite) du tableau électrique tel qu’on peut en trouver un chez soi.

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3.1° Sur quelles lignes peut-on brancher le fer « Bosch » ? (justifier)

3.2° Sur quelles lignes peut-on brancher le fer « Singer » ? (justifier)

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4° Interpréter

Que peut-il se passer si vous vous trompez de ligne ?

Aide : Vous pouvez vous aidez en réalisant le montage ci-dessous en réutilisant l’animation de l’activité 5. Observez la surintensité qui provoque l’échauffement puis la rupture du fusible.

Justifier votre réponse.

 

 

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5° Le court-circuit

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Indiquez le trajet le plus facile qui va être suivit par le courant électrique.

Pourquoi parle-t-on dans ce cas de « court-circuit » ?

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6° Conclusion :

Faites une phrase pour expliquer quel est le rôle d’un fusible ?

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 Bilan

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 Corrigés

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Corrigés déjà accessibles :

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