Puissance et énergie électriques
Puissance nominale, énergie consommée, kilowattheure et facture, conversions et rendement d'un appareil, économies d'énergie au domicile et en structure d'accueil.
1. Puissance et énergie
Définition
La puissance nominale $P$ (en watts, W) d'un appareil, indiquée sur sa plaque signalétique, est la puissance qu'il consomme lorsqu'il fonctionne normalement. L'énergie consommée pendant une durée $t$ vaut $E = P \times t$ : en joules si $t$ est en secondes, en wattheures (Wh) si $t$ est en heures. $1\ \text{kWh} = 1\,000\ \text{Wh} = 3{,}6 \times 10^6\ \text{J}$.
Propriété · Puissance, tension, intensité
Pour un appareil alimenté sous la tension $U$ et traversé par l'intensité $I$ : $P = U \times I$. Sous $230$ V, un appareil de $2\,300$ W absorbe $10$ A.
Propriété · Rendement
Un appareil convertit l'énergie électrique reçue en énergie utile et en pertes. Son rendement est $\eta = \dfrac{E_\text{utile}}{E_\text{reçue}}$ (toujours inférieur à $1$).
Expérience · Mesurer l'énergie consommée par un chauffe-biberon
2. Facture et économies
Méthode · Calculer un coût
$\text{coût} = E\ (\text{kWh}) \times \text{prix du kWh}$. Exemple : un sèche-linge de $2\,500$ W utilisé $1$ h $30$ : $E = 2{,}5 \times 1{,}5 = 3{,}75$ kWh, soit $0{,}94$ € à $0{,}25$ €/kWh.
Attention · Veille et éco-gestes
Un appareil en veille consomme en permanence. Éteindre les multiprises, choisir des appareils de classe A, dégivrer le réfrigérateur, laver à $30\,{}^\circ\text{C}$ : autant de gestes à conseiller aux familles accompagnées.
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Exercices corrigés
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Lire une plaque signalétique
★☆☆Une bouilloire porte « $230$ V ; $2\,200$ W ». Que représentent ces valeurs ?
Énergie en Wh
★☆☆Énergie consommée par une lampe de $10$ W allumée $5$ h ?
Énergie en kWh
★☆☆Énergie consommée par un radiateur de $1\,500$ W pendant $6$ h ?
Énergie en joules
★★☆Un sèche-cheveux de $1\,200$ W fonctionne $5$ min. Énergie en joules ?
Conversion
★☆☆Convertir $2{,}5$ kWh en joules.
Intensité absorbée
★★☆Un aspirateur de $1\,380$ W est branché sur $230$ V. Intensité ?
Puissance d'un appareil
★☆☆Un appareil absorbe $0{,}5$ A sous $230$ V. Puissance ?
Coût d'une lessive
★★☆Un lave-linge consomme $0{,}9$ kWh par cycle. Coût de $5$ lessives par semaine pendant $52$ semaines à $0{,}25$ €/kWh ?
Lecture du diagramme
★☆☆D'après le diagramme du cours, quel appareil consomme le plus ? Combien coûte-t-il par an à $0{,}25$ €/kWh ?
Durée de fonctionnement
★★☆Combien de temps un convecteur de $2\,000$ W peut-il fonctionner avec $5$ kWh ?
Rendement du chauffe-biberon
★★☆Dans l'expérience du cours, calculer le rendement si l'énergie utile vaut $9$ Wh.
Chaîne énergétique d'un moteur
★★☆Compléter la chaîne énergétique d'un lève-personne électrique.
Veille
★★☆Une télévision consomme $1$ W en veille, $24$ h sur $24$, pendant $1$ an. Énergie et coût ?
Comparer deux ampoules
★★☆Une ampoule halogène de $50$ W est remplacée par une LED de $6$ W éclairant autant. Économie sur $1\,000$ h ?
Multiprise
★★☆Une multiprise supporte $3\,500$ W. Peut-on y brancher un four de $2\,400$ W et une bouilloire de $2\,200$ W ?
Fer à repasser
★★☆Un fer de $2\,400$ W chauffe pendant $45$ min. Énergie et coût à $0{,}25$ €/kWh ?
Énergie d'une batterie
★★★La batterie d'un fauteuil électrique stocke $1{,}2$ kWh. Le moteur consomme $300$ W. Autonomie ?
Éco-gestes
★☆☆Citer trois gestes pour réduire la facture d'électricité d'une famille.
Consommation d'une crèche
★★★Une crèche utilise $4$ radiateurs de $1\,500$ W pendant $10$ h par jour, $20$ jours par mois. Énergie mensuelle et coût à $0{,}20$ €/kWh ?
Vrai ou faux
★☆☆a) Le kWh est une unité de puissance. b) $E = P \times t$. c) Un rendement peut dépasser $100\,\%$.
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