PARTIE A : LA CHIMIE, SCIENCE DE LA TRANSFORMATION DE LA MATIERE PARTIE B ENERGIE ELECTRIQUE ET CIRCUITS ELECTRIQUES EN « ALTERNATIF » PARTIE A : LA CHIMIE, SCIENCE DE LA TRANSFORMATION DE LA MATIERE 12 semaines

CHAPITRE 3 : PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE I Les transformations d’énergie II La puissance électrique Valeurs nominales Puissance reçue par un appareil électrique Surintensité et dispositifs de protection III L’énergie électrique Définition La facture d’électricité

I Les transformations d’énergie On a vu (Cf ch1) que l’énergie existe sous plusieurs formes : l’énergie électrique, l’énergie thermique (chaleur), l’énergie mécanique (mouvement), etc… Tous les appareils que construit l’homme afin d’améliorer son confort sont des convertisseurs d’énergie. Ils reçoivent de l’énergie sous une forme et la restituent sous une ou plusieurs autres. James Prescott Joule 1818 - 1889 physicien britannique L’unité légale d’énergie est le joule (J)

ENERGIE ELECTRIQUE ENERGIE THERMIQUE

ENERGIE ELECTRIQUE ENERGIE RAYONNANTE ENERGIE THERMIQUE

ENERGIE ELECTRIQUE ENERGIE MECANIQUE ENERGIE THERMIQUE

II La puissance électrique 1. Valeurs nominales Relevons les valeurs figurant sur les plaques signalétiques de plusieurs appareils :

Sur les plaques signalétiques d’un appareil électrique, on peut lire plusieurs informations : La tension nominale exprimée en volt (V) : c’est la tension normale d’utilisation. La nature du signal (AC ou DC) permettant un fonctionnement normal de l’appareil. La puissance nominale exprimée en watt (W) : c’est la puissance reçue par l’appareil en fonctionnement normal. 

2. Puissance P reçue par un dipôle 2.1 En courant continu Watt (W) V A James Watt 1736-1819 Physicien Ecossais

2.2 En courant alternatif A Watt (W) V

Application numérique : FACILE P = 3 W; U = 220 V I = P = 500 W ; I = 2,0A U = U = 3 V; I = 0,05A P = DIFFICILE P = 2,5 mW U = 125 mV P = 32 MW I = 500 A U = 12 kV I = 750 mA 0,013 A = 1,3 mA 250 V 0,15 W Il faut CONVERTIR ! 0,02 A = 20 mA 64 000 V = 64 kV 9000 W = 9 kW

3. Surintensité et appareils de protection 3.1 Additivité des puissances dans un circuit en dérivation

Loi des nœuds : Itotale = I1 + I2 Dans un circuit en dérivation on a U1 = U2 = Ugéné Puissances mises en jeu : P1 = U1 x I1 P2 = U2 x I2 Ptot = Ugéné x Itotale Ainsi Ptot = Ugéné x (I1 + I2) = Ugéné x I1 + Ugéné x I2 D’où Ptot = U1 x I1 + U2 x I2 = P1 + P2 Dans un circuit en dérivation, les puissances consommées s’ajoutent.

Il y a risque de surchauffe, Donc risque d’incendie ! 3.2 Surintensité Dans une installation domestique, plus on branche d’appareils sur une même ligne, plus la puissance consommée est grande. Or Ptotale = Usecteur x Itotale soit Il y a risque de surchauffe, Donc risque d’incendie ! Par conséquent, si Ptotale augmente, Itotale augmente.

Le branchement de plusieurs appareils électriques sur une même ligne électrique d’une installation domestique peut provoquer une surintensité.

3.3 Appareils de protection On se protège d’une surintensité à l’aide d’un fusible branché sur la ligne électrique à protéger. Le fusible fond si l’intensité qui le traverse est supérieure à une certaine valeur : il ouvre le circuit.

III L’énergie électrique 1. Définition Joule(J) W s E = P × Δt

Application numérique : FACILE P = 3 W ; Δt = 220 s E= P = 500 W ; E = 2,0 J Δt = E = 30 J ; Δt = 5 s P = DIFFICILE P = 2,5 kW E = 1250 J P = 32 W Δt = 5 minutes E = E = 12 kJ Δt = 2h20 660 J 0,004 s = 4 ms 6 W Il faut CONVERTIR ! 0,5 s 9600 J 1,4 W

2) La facture électrique EDF facture l’énergie électrique, au prix du kiloWatt-heure consommé (le Joule, unité trop petite, n’est pas utilisé). Watt-heure(Wh) W h E = P × Δt

Un kilo Watt-heure coûte environ 7 centimes d’euros en heure pleine Un kilo Watt-heure coûte environ 7 centimes d’euros en heure pleine. Quel est le prix de l’électricité nécessaire pour : faire tourner un lave-vaisselle ? (durée du lavage 1h , puissance de l’appareil 2500W)

Regarder une émission de 52 minutes à la télé en heure creuse (1kWh = 5 cents) ? (puissance 200W)

Convertir un temps ÷ 3600 × 3600 ÷ 60 Temps en s en min en h × 60

Exemples Convertir 2 h 43 min 24 s en secondes et en heures Convertir 3 h 12 min 45 s en secondes et en heures Δt = 11565 s = 3,2 h

Exercices Puissance Synthèse