Comment obtenir et utiliser efficacement l’énergie électrique ? Distinguer énergie et puissance électrique
Objectifs 
- Mesurer la puissance électrique reçue et l’énergie électrique reçue pendant une durée donnée par un appareil utilisé en régime continu.
- Établir expérimentalement la relation entre la puissance électrique reçue, la valeur de la tension et celle de l’intensité en régime continu.
Matériel 
- 1 générateur de courant continu
- 1 interrupteur
- 1 lampe
- 1 pochette de fils
- 2 multimètres
- 1 wattmètre/joulemètre
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
Rappels de prérequis (QCM)
………. / 3 pts
Le cours Puissance et énergie électrique – Première BAC PRO peut servir de support d’informations.
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.) L’énergie électrique peut s’exprimer en :
◻ Joules
◻ Ohm
◻ Ampères
◻ Wattheures
☆ C1
5.) La puissance électrique consommée peut se calculer par :
◻ P = R * I
◻ P = m * g
◻ P = E * t
◻ P = U * I
☆ C1
6.) L’énergie électrique peut se calculer par :
◻ E = R * I²
◻ E = R * C²
◻ E = P * t
◻ E = R * I
☆ C1
Appeler le professeur et présenter vos réponses.
Mesure de la puissance d’une lampe
………. / 6 pts
7.) Relever les indications de tension et d’intensité nominales de la lampe L1 (préciser les unités) :
Inominale = ……………….
☆ C1
Unominale = ………………..
☆ C1
8.) Calculer la puissance nominale de la lampe (arrondir à 0,1 et préciser l’unité) :
Pnominale = …………….. = ………………………. ☆ C3
9.) Proposer un schéma électrique permettant : d’alimenter la lampe L1, d’allumer et éteindre la lampe L1, de mesurer la tension Ulampe aux bornes de la lampe L1, de mesurer l’intensité Ilampe traversant la lampe L1.
☆☆ C2
10.) Réaliser votre montage et appeler le professeur pour présenter votre montage avant la mise sous tension ⚠ ⚡
☆☆ C3
11.) Relever la tension Ulampe mesurée (arrondir à 0.01 et préciser l’unité) : Ulampe = ………………. ☆ C1 C3
12.) Relever l’intensité Ilampe mesurée (arrondir à 0.01 et préciser l’unité) : Ilampe = ………………. ☆ C1 C3
13.) Calculer la puissance consommée par la lampe L1 à partir des valeurs mesurées (arrondir à 0.01 et préciser l’unité) :
Pexpérimentale =……………………………………………….. ☆ C3
14.) Comparer Pnominale et Pexpérimentale. Conclure :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ☆☆ C4 C5
Mesure de l’énergie consommée par une lampe
………. / 6 pts
E = P x t
E : Énergie électrique en joules (J)
P : Puissance en watts (W)
t : temps en secondes (s)
15.) Calculer, en Joules, l’énergie consommée par la lampe L1 si elle reste allumée pendant 3 minutes :
E3 minutes_théorique = …………………………….. ☆☆ C3
Le Joulemètre Initio® mesure principalement la puissance et l’énergie reçues par un récepteur. Il permet également la mesure simultanée de la tension, du courant et le comptage du temps.
Source : https://jeulin.com/
16.) Cet appareil peut-il nous permettre de vérifier expérimentalement le résultat du calcul d’énergie précédent ? Justifier.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C1/C2
17.) Intégrer le joulemètre dans votre montage et présenter votre montage ⚠ ⚡
☆☆ C3 ☆☆ C5
18.) Relever l’énergie consommée par la lampe L1 en 3 min. de fonctionnement :
E3 minutes_expérimental = ……………………………………. ☆☆ C3
19.) Comparer E3 minutes_théorique et E3 minutes_expérimental. Conclure :
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C4 C5
Application
………. / 5 pts
– Parce que dans l’eau minet râle ! 🙂
Je remarque que l’eau de mon chauffe-eau n’est pas assez chaude. Je cherche à savoir pourquoi.
Je veux vérifier la puissance de mon chauffe-eau. On considère que le chauffe-eau est représenté par une résistance R.
Je souhaite mesurer la tension à ses bornes et l’intensité qui le traverse.
1.) Proposer le schéma permettant d’effectuer ces mesures.
☆ C2
2.) L’intensité mesurée est de 9,6 A. Sachant que U = 230 V, calculer la puissance du chauffe-eau.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆ C3
Pour savoir si le calcaire a un effet sur la consommation électrique, je cherche à déterminer l’énergie électrique consommée par mon chauffe-eau de 200 L ( 2 200 W – 230 V ~ ).
3.) Calculer, en wattheures, l’énergie théorique consommée par un chauffe-eau de ce type qui fonctionne 4h30 par jour.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C3
4.) L’énergie réellement consommée par le chauffe-eau, mesurée à l’aide d’un compteur d’énergie, est de 11 kWh par jour. Déterminer la différence entre les deux énergies (théorique et réelle).
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C3 C4
5.) Calculer le coût de la différence d’énergie consommée sur 365 jours d’utilisation (0,15 €/kWh).
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C3 C4
6.) Un chauffe-eau neuf de 2500 W ne fonctionnerait que 3 h 40 min par jour. Quelle serait alors la facture annuelle d’électricité associée à l’utilisation de ce chauffe-eau ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C3 C4
Compétences, capacités et connaissances issues du référentiel BAC PRO Premières – Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Mesurer la puissance électrique reçue et l’énergie électrique reçue pendant une durée donnée par un appareil utilisé en régime continu.
Calculer la puissance électrique reçue et l’énergie électrique reçue pendant une durée donnée par un appareil utilisé en régime continu.
Établir expérimentalement la relation entre la puissance électrique reçue, la valeur de la tension et celle de l’intensité en régime continu.
Connaissances
Connaître la relation entre l’énergie électrique reçue, la puissance et la durée (E = P.t).
Connaître la relation entre la puissance électrique, la tension et l’intensité en régime continu (P = U.I).
Savoir que le joule est l’unité d’énergie du système international et connaître d’autres unités, dont le kilowattheure (kWh).
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.