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Interrogation — Ch12 : Aspects énergétiques en électricité

Première générale | Physique-Chimie | Durée : 30 min | /20

Dernière mise à jour : 21 juin 2026

Nom : _______________ Prénom : _______________ Date : __________

Donnée : \(1\) kWh \(= 3{,}6\times 10^6\) J ; prix du kWh : \(0{,}25\) €. Les calculs doivent être détaillés et les résultats donnés avec leur unité.

Exercice 1 — Puissance et intensité (4 pts)

Un radiateur soufflant est branché sur le secteur (\(U = 230\) V) et est parcouru par un courant \(I = 6{,}0\) A.

  1. Écris la relation entre puissance, tension et intensité. (1 pt)
  2. Calcule la puissance \(P\) du radiateur. (2 pts)
  3. Exprime ce résultat en kilowatts (kW). (1 pt)

Exercice 2 — Énergie consommée et coût (4 pts)

Un four électrique de puissance \(P = 2000\) W fonctionne pendant \(t = 3{,}0\) h.

  1. Calcule l'énergie consommée en kWh. (2 pts)
  2. Calcule le coût de cette utilisation. (2 pts)

Exercice 3 — Effet Joule (4 pts)

Une résistance chauffante de valeur \(R = 15\) Ω est parcourue par un courant \(I = 4{,}0\) A.

  1. Écris la relation donnant la puissance dissipée par effet Joule. (1 pt)
  2. Calcule cette puissance. (2 pts)
  3. Dans une bouilloire, cet effet Joule est-il utile ou nuisible ? Justifie. (1 pt)

Exercice 4 — Rendement d'un convertisseur (4 pts)

Un moteur électrique absorbe une puissance \(P_{abs} = 1000\) W et fournit une puissance mécanique utile \(P_{utile} = 750\) W.

  1. Calcule le rendement \(\eta\) du moteur (exprime-le en %). (2 pts)
  2. Quelle puissance est perdue, et sous quelle forme principale ? (2 pts)

Exercice 5 — Comparaison d'ampoules (4 pts)

Pour un éclairage équivalent, on compare une ampoule à incandescence de \(P = 75\) W et une ampoule LED de \(P = 10\) W. Chacune reste allumée \(t = 2000\) h dans l'année.

  1. Calcule l'énergie consommée par chaque ampoule (en kWh). (2 pts)
  2. Calcule le coût annuel de chacune, puis l'économie réalisée avec la LED. (2 pts)

Correction

Ex 1 : a) \(P = U \cdot I\) (P en W, U en V, I en A). b) \(P = U \cdot I = 230\times 6{,}0 = 1380\) W. c) \(P = 1380\) W \(= 1{,}38\) kW.

Ex 2 : a) \(P = 2000\) W \(= 2{,}0\) kW ; \(E = P \cdot t = 2{,}0\times 3{,}0 = 6{,}0\) kWh. b) Coût \(= 6{,}0\times 0{,}25 = 1{,}50\) €.

Ex 3 : a) \(P = R \cdot I^2\) (effet Joule). b) \(P = R \cdot I^2 = 15\times (4{,}0)^2 = 15\times 16 = 240\) W. c) Utile : dans une bouilloire, la chaleur produite par effet Joule sert à chauffer l'eau, c'est le but recherché.

Ex 4 : a) \(\eta = \dfrac{P_{utile}}{P_{abs}} = \dfrac{750}{1000} = 0{,}75 = 75\,\%\). b) Puissance perdue \(= 1000 - 750 = 250\) W, dissipée principalement sous forme de chaleur par effet Joule (échauffement des bobinages).

Ex 5 : a) Incandescence : \(P = 0{,}075\) kW, \(E = 0{,}075\times 2000 = 150\) kWh. LED : \(P = 0{,}010\) kW, \(E = 0{,}010\times 2000 = 20\) kWh. b) Incandescence : \(150\times 0{,}25 = 37{,}50\) € ; LED : \(20\times 0{,}25 = 5{,}00\) €. Économie \(= 37{,}50 - 5{,}00 = 32{,}50\) €.