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3ème - cycle 4 - PUISSANCE ELECTRIQUE

L'énergie et ses conversions / Collège Debussy / La Guerche-sur-l'Aubois
by

COSTE Olivier

on 19 August 2016

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Transcript of 3ème - cycle 4 - PUISSANCE ELECTRIQUE

Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2008 - page 232
PUISSANCE ELECTRIQUE
I - QUELQUES GRANDEURS INDIQUEES
SUR DES APPAREILS ELECTRIQUES

1. Observations
On dispose de trois lampes différentes.
petite lampe
lampe moyenne
grosse lampe
petite
moyenne
grosse
Quelles sont les indications inscrites sur :
a) la petite lampe ?

b) la lampe moyenne ?

c) la grosse lampe ?
6V
6 V 0,6 W
soit
6V
2817
6W
0W6
FRANCE
60 W
230V
n039
2. Questions
a) Que représente l'indication exprimée en "V" ?


Que signifie ce "V" ?


b) Que représente l'indication exprimée en "W" ?


Que signifie ce "W" ?
C'est la tension nominale de la lampe.
"V" signifie volt.
C'est la puissance nominale de la lampe.
"W" signifie watt.
Quelles informations peut-on trouver sur les appareils électriques ?
Pourquoi ces deux lampes de même tension nominale brillent-elles différemment ?
Peut-on brancher autant d'appareils que l'on veut sur une multiprise ?
Comment ces objets s'appellent-ils et à quoi peuvent-ils bien servir ?
230 V
230 V
3. Conclusion
La tension inscrite sur un appareil est appelée " ".
La tension nominale est la qu'il faut fournir à un appareil pour que celui-ci fonctionne .
Dans le Système International (SI), l'unité de tension électrique est le de symbole .
tension nominale
tension
normalement
volt
V
La puissance inscrite sur un appareil est
appelée " ".
La puissance nominale d'un appareil est
la puissance reçue par l'appareil lorsqu'il
est alimenté sous sa .
Dans le Système International (SI), l'unité
de puissance électrique est le de
symbole .
puissance nominale
tension nominale
watt
W
4. Ordres de grandeur de puissances
électriques de quelques appareils usuels
Tableau de conversions :
kW
W
mW
appareil
puissance
nominale
puissance
nominale (W)
0,1 mW
60 000 mW
0,1 kW
2 kW
2,5 kW
0,0001 W
60 W
100 W
2 000 W
2 500 W
calculatrice
lampe
ordinaire
téléviseur
radiateur
électrique
lave-
linge
II - EXPERIENCE : PUISSANCE NOMINALE
ET ECLAT D'UNE LAMPE

1. Problèmes
Deux lampes de tensions nominales identiques brillent-elles forcément de la même façon ?
La puissance nominale d'une lampe a-t-elle un lien avec l'éclat de cette lampe lorsque celle-ci brille normalement ?
2. Démarche et questions
a) On dispose des deux lampes
L1 (6 V ; 0,6 W) et L2 (6 V ; 6 W)
ci-contre.
Quelle est la tension nominale de L1 ?
Quelle est la tension nominale de L2 ?
Comparer la tension nominale de L2 avec la tension nominale de L1.
Quelle tension faut-il fournir à chaque lampe pour que celles-ci brillent normalement ?
L1 et L2 ont la même tension nominale.
Il faut fournir à chaque lampe une tension de 6 V.
6 V
6 V
b) On veut faire un montage de sorte que L1 et L2 brillent
normalement et en même temps.
On dispose des lampes L1 et L2, d'un générateur "6 V ; continu" et de fils de connexion.
Faire ci-contre le schéma du montage.
G
L1
L2
c) Réaliser le montage.
d) Comparer l'éclat de L2 avec l'éclat de L1.
e) Quelle est la puissance nominale de L2 ?
Quelle est la puissance nominale de L1 ?
Comparer la puissance nominale de L2 avec la puissance nominale de L1.
L2 brille mieux que L1.
6 W
0,6 W
La puissance nominale de L2 est plus grande que celle de L1.
f ) D'après nos différentes observations :
- deux lampes de tensions nominales
identiques brillent-elles forcément
de la même façon ?
- la puissance nominale d'une lampe
a-t-elle un lien avec l'éclat de cette
lampe lorsque celle-ci brille
normalement ?
Non.
Oui.
3. Conclusion
Lorsqu'une lampe est alimentée sous sa
nominale, plus sa
nominale est , plus son est
.
tension
puissance
grande
important
III - EXPERIENCE : EXISTE-T-IL UNE
RELATION ENTRE LA PUISSANCE
ET LA TENSION ?

1. Démarche
Dans le montage ci-contre, on mesure la U aux bornes d'une lampe ainsi que l' I du courant qui traverse cette lampe.
On effectue ces mesures pour plusieurs lampes différentes.
Le générateur est réglé sur "6 V ; continu".
2. Schéma du montage
Faire le schéma du montage.

Indiquer sur le schéma :
- les bornes V et COM du voltmètre.
- les bornes 10A et COM de
l'ampèremètre.
G
V
A
10A
COM
V
COM
3. Montage et mesures
a) Construire le montage avec la lampe
L1 (6 V ; 1,8 W)
et
relever les mesures de U et I :
U =
U =
U =
I =
I =
I =
b) Remplacer la lampe L1 par la lampe
L2 (6 V ; 3 W)
et
relever les mesures de U et I :
c) Remplacer la lampe L2 par la lampe
L3 (6V ; 6 W)
et
relever les mesures de U et I :
5. Observations
Pour chaque lampe, on compare la valeur de sa puissance nominale avec la valeur du produit U x I. Que remarque-t-on ?
La valeur du produit U x I est proche de la valeur de la puissance nominale.
4. Tableau
6. Conclusion
Un appareil alimenté sous une tension continue reçoit une
P au de la U entre ses bornes par l' I du courant qui le traverse.
puissance
égale
produit
tension
intensité
lampe
puissance nominale P (W)
tension U (V)
intensité I (A)
U x I
L1
L2
L3
1,8
3
6
7. Formule
P = x
U =
I =
P
I
P
U
ou
ou
avec
P : puissance reçue en watt (W)
U : tension efficace en volt (V)
I : intensité efficace en ampère (A)
Remarque :
En
alternatif
, la formule n'est valable que pour les dipôles ohmiques (appareils ne comportant que des résistances).
Les valeurs de tension U et d'intensité I sont alors des valeurs efficaces.
8. Exercice : un grille-pain
Un grille-pain porte les indications "
1010 W ; 230 V
".
a) Quelle tension U faut-il appliquer au grille-pain
pour qu'il fonctionne normalement ?
Photo personnelle
b) Calculer l'intensité I du courant dans le grille-pain quand il
fonctionne normalement. Justifier.
La tension du secteur dont la valeur efficace
est U = 230 V.
I =
I =
P
U
avec
P =
U =
230 V
1010 W
1010
230
I =
4,4 A
Photo : Cahier d'activités 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 47
Photo : Cahier d'activités 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 47
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Hatier - 2008 - page 178
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Hatier - 2008 - page 178
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 162
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection étincelle - Hachette - 2008 - page 162
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 149
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Hatier - 2008 - page 183
9. Exercice : une lampe
Sur la lampe ci-contre,
on peut lire "
3,5 V ; 0,2 A
".
a) Que représente l'indication "3,5 V" ?
b) Que représente l'indication "0,2 A" ?
C'est la tension nominale de la lampe.
C'est l'intensité nominale de la lampe.
c) Afin de faire briller la lampe normalement, on l'alimente avec une
tension continue de 3,5 V.
Quelle est la valeur de la tension U aux bornes de la lampe ?
Quelle est la valeur de l'intensité I du courant qui traverse la lampe ?
U = 3,5 V
I = 0,2 A
Calculer la puissance P reçue par la lampe. Justifier.
P = U x I
3,5 x 0,2
P =
avec
U =
I =
3,5 V
0,2 A
0,7 W
P =
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2008 - page 231
+
-
I
10A
V
COM
I
10A
V
COM
I
I
COM
V
10A
COM
V
10A
+
-
IV - EXPERIENCE : FIL DE CONNEXION
ET TEMPERATURE

1. Problème
Comment la température d'un fil de connexion évolue-t-elle lorsque celui-ci est traversé par du courant ?
2. Schéma du montage
On a placé entre A et B un fil de connexion dénudé qui est enroulé autour de la sonde d'un thermomètre.
Ainsi, le thermomètre mesure la température du fil.
3. Mesures
Construire le montage et relever I et t° lorsque le générateur est éteint, puis lorsqu'il est sur 6 V et enfin sur 12 V (attendre à chaque fois deux minutes avant de faire les relevés).
4. Conclusion
Plus l'intensité augmente, plus la température du fil de connexion augmente.
intensité efficace I
température t°
0,00 A
V - EXPERIENCE : FIL DE CONNEXION
ET INTENSITE

1. Problème
Que peut-il arriver à un fil de connexion lorsque l'intensité du courant qui le parcourt augmente ?
2. Schéma du montage
Photo personnelle
Photo personnelle
On a placé entre A et B un fil de connexion dénudé très fin.
Toutes les lampes sont identiques : "6 V ; 6 W".
3. Observations et mesures
4. Conclusion
Lorsque l'intensité devient trop importante, le
fil fond et se coupe. Le courant ne circule plus.
interrupteurs
fermés
quelles sont les lampes qui devraient briller ?
qu'observe-t-on si on regarde le fil de connexion très fin ?
intensité efficace
comment les lampes brillent-elles ?
K1 seul
K1 K2
K1 K2 K3
K1 K2 K3
K4
K1 K2 K3
K4 K5
normalement puis
plus du tout
normalement
normalement
normalement
normalement
le fil fond
et se coupe
rien
environ 4 A
environ 5 A
puis 0 A
environ 3 A
environ 2 A
environ 1 A
rien
rien
rien
L1 seule
L1 L2
L1 L2 L3
L1 L2 L3
L4
L1 L2 L3
L4 L5
Photo personnelle
VI - FIL DE CONNEXION ET INTENSITE :
APPLICATION AUX INSTALLATIONS
ELECTRIQUES

Les fils électriques peuvent supporter une
Imax qui dépend de la section (grandeur liée à l'épaisseur) du fil.
Par exemple, Imax = 32 A pour un fil de section 6 mm (fil utilisé pour l'alimentation des cuisinières, plaques de cuisson...).
intensité maximale
2
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Hatier - 2008 - page 178
Lorsque l'on branche trop d'appareils sur une , l'intensité du courant dans les fils de la multiprise (ainsi que dans les fils de la prise de courant sur laquelle est branchée la multiprise) peut être trop importante :
multiprise
surintensité
surchauffe
incendie
il y a alors et la des fils peut provoquer la d'un fil ou encore un .
L' du électrique qui parcourt un conducteur ne doit pas une valeur déterminée par un de .
intensité
courant
fil
dépasser
critère
sécurité
VII - PROTECTION DES INSTALLATIONS
ELECTRIQUES : LE COUPE-CIRCUIT

Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 162
1. Rôle d'un coupe-circuit
Pour une installation électrique des dangers d'une , on installe des coupe-circuits qui le lorsque l'intensité devient trop .
protéger
surintensité
coupent
courant
importante
2. Les deux sortes de coupe-circuit
a) Le
Le est principalement constitué d'un fil métallique qui
et ainsi le courant lorsque l'intensité maximale Imax est
Par exemple, un "250 mA" va fondre si l' du courant dépasse .
Un fondu doit être
(usage ).
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection étincelle - Hachette - 2008 - page 162
fusible
fusible
intensité
250 mA
fusible
remplacé
Le est une sorte d'interrupteur qui s' automatiquement et ainsi le courant lorsque l'intensité maximale Imax est
b) Le
Par exemple, un "10 A" va disjoncter si l' du courant dépasse .
Un disjoncté peut être
(usage ).
disjoncteur
disjoncteur
intensité
10 A
disjoncteur
ré-enclenché
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 149
VIII - EXERCICE : EXTRAIRE DES
INFORMATIONS DANS LE CAS
D'UN APPAREIL USUEL

On dispose d'une multiprise :
détail du dessous
a) Noter toutes les indications que l'on peut lire sur le "boîtier"
de cette multiprise.
HONGYI
CE
max. 3500 W
230 V
S
FX3
b) Quelle est la tension d'utilisation U de cette multiprise ?
C'est une tension alternative de valeur efficace U = 230 V
(tension du secteur).
c) Quelle puissance maximale Pmax cette
multiprise peut-elle supporter ?
Pmax = 3500 W
d) Est-il prudent de brancher sur cette multiprise et de faire
fonctionner en même temps un fer à repasser de 1900 W
et un radiateur de 2500 W ? Justifier.
Lorsque les appareils fonctionnent en même temps :
Ptot =
1900 + 2500 =
4400 W
Ptot Pmax
V
donc il n'est pas prudent de faire fonctionner ces appareils en même temps.
e) Quelle est l'intensité maximale Imax pouvant circuler dans
cette multiprise ? Justifier.
Imax =
Pmax
U
avec
Pmax =
U =
3500 W
230 V
Imax =
3500
230
Imax =
15,2 A
IX - EXERCICE : ETUDE D'UNE
INSTALLATION ELECTRIQUE

a) Calculer l'intensité I du courant dans chaque appareil
lorsqu'il fonctionne. Justifier.
Radiateur :
I =
P
U
avec
P =
U =
I =
2,5 kW
230 V
= 2500 W
2500
230
I =
10,87 A
Fer à repasser :
I =
P
U
avec
P =
U =
1900 W
230 V
I =
1900
230
I =
8,26 A
Lampe :
I =
P
U
avec
P =
U =
60 W
230 V
I =
60
230
I =
0,26 A
b) Un fusible
va fondre
si on fait
fonctionner
l'un des
appareils.

De quel
fusible
s'agit-il ?
Justifier.
FUSIBLE
Le fusible qui va fondre est celui du radiateur car I = 10,87 A 10 A (valeur du fusible).
V
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 156
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 156
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 156
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Belin - 2008 - page 156
c) On remplace le fusible fondu
et on suppose qu'il n'y aura
plus de problème de fusible.

Maintenant, le disjoncteur
général va-t-il disjoncter si
tous les appareils fonctionnent
en même temps ? Justifier.
Lorsque les appareils fonctionnent en même temps :
Itot =
10,87 + 8,26 + 0,26 =
19,39 A
Itot 30 A (valeur du disjoncteur)
V
Donc le disjoncteur ne va pas disjoncter.
cycle 4
PUISSANCE
ELECTRIQUE

P = U x I
P = U x I
éclat
tension
intensité
U
I
Plaque de cuisson, fer à repasser, grille-pain, radiateur, lampe... sont considérés comme des dipôles ohmiques.
Pour les appareils comportant un moteur (aspirateur, ventilateur...), la formule n'est pas valable car la puissance reçue P est un peu inférieure au produit U x I.
S
fonte
unique
fond
coupe
dépassée
.
fusible
:
6,18 V
6,17 V
6,14 V
0,30 A
0,49 A
0,97 A
6,18
6,17
6,14
0,30
0,49
0,97
1,85
3,02
5,96
22°C
1,65 A
2,42 A
41°C
71°C
disjoncteur
:
ouvre
coupe
dépassée
.
multiple
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