Comment obtenir et utiliser efficacement l’énergie électrique ? Évaluer la puissance consommée par un appareil électrique
Objectifs 
- Mesurer une puissance active à l’aide d’un wattmètre ou à l’aide d’un système d’acquisition associé à un capteur voltmètre et un capteur ampèremètre.
- Mesurer un déphasage entre la tension aux bornes d’un dipôle et l’intensité qui le traverse.
Matériel 
- 1 générateur 6 V / 50 Hz
- 1 boîtier de 3 résistances
- 1 bobine
- 1 pochette de fils
- 1 oscilloscope
- 1 wattmètre
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
Pensez à préciser les unités des valeurs relevées ou calculées.
★ = 1 pt ☆ = 0,5 pt
Appropriation, recherche – cours/internet (QCM)
………. / 4 pts
1.) La tension électrique se mesure en :
◻ Ohm
◻ Watts
◻ Ampères
◻ Volts
☆ C1
2.) L’intensité électrique se mesure en :
◻ Ohm
◻ Watts
◻ Ampères
◻ Volts
☆ C1
3.) La puissance électrique se mesure en :
◻ Joules
◻ Watts
◻ Ampères
◻ Volts
☆ C1
4.) La résistance électrique se mesure en :
◻ Joules
◻ Ohm
◻ Ampères
◻ Wattheures
☆ C1
5.) La puissance électrique consommée par un résistor peut se calculer par :
◻ P = R x I²
◻ P = E x t
◻ P = U x I
◻ P = m x g
☆ C1 ☆ C4
6.) Citer 2 appareils électriques utilisant des résistances électriques :
- ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ☆ C1
7.) Citer 2 appareils électriques utilisant des bobines électriques :
- ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ☆ C1
Montage 1 : puissance consommée par une résistance
………. / 5 pts
8.) Réaliser le montage suivant, appeler le professeur pour présenter votre montage avant la mise sous tension ⚠ ⚡
☆☆ C3
9.) Réaliser les mesures et compléter le tableau suivant :
| P (W) | U (V) | I (A) |
| …………………… | …………………… | ………………… |
| U x I | P / (U x I) |
| ……………………… | ……………………… |
☆☆☆☆ C1/C3
10.) Déterminer la relation entre P, U et I en précisant les unités de chaque grandeur :
………………. = ………………….★ C4
P en ……………..
U en …………….
I en ………………
☆ C5
11.) Présenter votre conclusion au professeur.
☆ C5
Montage 2 : Puissance consommée par une bobine
………. / 5 pts
12.) Réaliser le montage suivant, appeler le professeur pour présenter votre montage avant la mise sous tension ⚠ ⚡
☆☆ C3
13.) Réaliser les mesures et compléter le tableau suivant :
| P (W) | U (V) | I (A) |
| …………………… | …………………… | …………………… |
| U x I | P / (U x I) |
| ……………………… | ……………………… |
☆ C1/C3
14.) La relation trouvée à la question 10 est-elle encore vérifiée ici ? Justifier.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C4
15.) Formuler une hypothèse expliquant votre réponse à la question précédente :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C2
16.) Déterminer à l’aide de l’annexe 1, la formule de la puissance active en régime alternatif :
………………. = …………………………………..☆☆ C1/C4/C5
P en W
U en V
I en A
φ en rad
17.) Déterminer la valeur de cos φ dans le cas du résistor (1er montage) :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C4
18.) Déterminer la valeur de cos φ dans le cas de la bobine (2ème montage) :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C4
Calcul du déphasage φ et du facteur de puissance :
………. / 6 pts
19.) Représenter u(t) et i(t) avec un décalage temporel Δt de 1 ms. On prendra T = 5 ms :
(N.B : En régime alternatif sinusoïdal, u(t) et i(t) ont la même fréquence.)
Balayage horizontal : 1 ms / div
Umax : 3 divisions
Imax : 2 divisions
☆☆ C3
Le déphasage φ (en radian) entre l’intensité i (t) et la tension u(t) se calcule par :
φ = 2π x (Δt/T)
Δt : décalage temporel en s
φ : déphasage en radians
T : période en s
20.) Calculer le déphasage φ (en rad) entre l’intensité i (t) et la tension u(t). Arrondir à 0.01 :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C3
21.) En déduire le facteur de puissance associé. Arrondir à 0.01 (attention votre calculatrice doit être en radians ⚠) :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C3
21.) Calculer la puissance active associée, en W, pour U = 230 V et I = 6,5 A. Arrondir à l’unité :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C3
21.) Proposer un protocole expérimental permettant de retrouver la puissance active du montage 2 sans utiliser le wattmètre :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C3
Schéma
☆ C2
Protocole
☆ C2
22.) Réaliser votre protocole et présenter vos calculs ci-dessous afin de vérifier la validité de la formule de la puissance active en régime alternatif .
Décalage temporel entre u(t) et i(t) (en s)
Δt = …………………………………… ☆ C3
Période du signal (en s)
T = ……………………………………..☆ C3
Déphasage (en rad)
φ = …………………………………… ☆ C3
Facteur de puissance
cos φ = ……………………………………..☆ C3
Puissance active (en W) P = …………………………………… ☆ C4
Annexe 1 : Utilisation du Wattmètre / Joulemètre
Source : Jeulin
Compétences, capacités et connaissances issues du référentiel BAC PRO Terminale – Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Réaliser, en régime sinusoïdal, à l’aide d’une expérimentation assistée par ordinateur (ExAO), le produit d’une tension aux bornes d’un dipôle et de l’intensité du courant qui le traverse.
Mesurer un déphasage entre la tension aux bornes d’un dipôle et l’intensité qui le traverse.
Mesurer une puissance active à l’aide d’un wattmètre ou à l’aide d’un système d’acquisition associé à un capteur voltmètre et un capteur ampèremètre.
Connaissances
Savoir que pour un dipôle donné, l’intensité du courant et la tension sont déphasées.
Savoir que le facteur de puissance est le cosinus de ce déphasage entre l’intensité et la tension.
Savoir que la puissance active est la puissance moyenne consommée.
Connaître la relation entre la puissance active, les valeurs efficaces de l’intensité du courant et de la tension et le facteur de puissance.
Compétence – C1
S’approprier
Rechercher, extraire et organiser l’information.
Traduire des informations, des codages.
Compétence – C2
Analyser
Raisonner
Émettre des conjectures, formuler des hypothèses.
Proposer, choisir une méthode de résolution ou un protocole expérimental.
Élaborer un algorithme.
Compétence – C3
Réaliser
Mettre en œuvre une méthode de résolution, des algorithmes ou un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
Utiliser un modèle, représenter, calculer.
Expérimenter, faire une simulation.
Compétence – C4
Valider
Exploiter et interpréter des résultats ou des observations de façon critique et argumentée.
Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, de la valeur d’une mesure.
Valider un modèle ou une hypothèse.
Mener un raisonnement logique et établir une conclusion.
Compétence – C5
Communiquer
Rendre compte d’un résultat, à l’oral ou à l’écrit en utilisant des outils et un langage approprié.
Expliquer une démarche.