3e prépa-métiers | Physique-Chimie | Énergie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
À l'atelier, Yanis retourne une perceuse. Il trouve sa plaque signalétique.
1. U = 230 V. C'est la tension de la prise de la maison.
2. C'est le nombre suivi de W : P = 750 W.
3. 750 ÷ 1 000 = 0,75 kW.
4. Non. 230 est suivi de V : c'est la tension. La puissance est le nombre suivi de W : 750 W.
Complète le tableau. Les trois premières lignes sont des W à écrire en kW. Les trois dernières sont des kW à écrire en W.
| Ligne | Puissance donnée | Calcul | Résultat |
|---|---|---|---|
| a | 3 000 W | 3 000 ÷ 1 000 | … kW |
| b | 1 500 W | 1 500 ÷ 1 000 | … kW |
| c | 600 W | … | … kW |
| d | 2 kW | 2 × 1 000 | … W |
| e | 1,2 kW | 1,2 × 1 000 | … W |
| f | 0,5 kW | … | … W |
1. a : 3 000 ÷ 1 000 = 3 kW.
b : 1 500 ÷ 1 000 = 1,5 kW.
c : 600 ÷ 1 000 = 0,6 kW.
2. d : 2 × 1 000 = 2 000 W.
e : 1,2 × 1 000 = 1 200 W.
f : 0,5 × 1 000 = 500 W.
3. 1,2 kW = 1 200 W. 1 200 W est plus grand que 900 W : 1,2 kW est la plus grande puissance.
Inès a relevé la puissance de cinq appareils de sa maison sur leur plaque.
| Appareil | Puissance sur la plaque | Puissance en W |
|---|---|---|
| four | 2,5 kW | … |
| télévision | 100 W | 100 W |
| sèche-cheveux | 1 800 W | 1 800 W |
| lampe LED | 8 W | 8 W |
| radiateur | 1,5 kW | … |
1. 2,5 × 1 000 = 2 500 W.
2. 1,5 × 1 000 = 1 500 W.
3. Lampe LED (8 W) → télévision (100 W) → radiateur (1 500 W) → sèche-cheveux (1 800 W) → four (2 500 W).
4. Le radiateur, le sèche-cheveux et le four (plus de 1 000 W). Ce sont tous des appareils qui chauffent.
Au laboratoire du collège, Malik mesure la tension U et l'intensité I pour quatre lampes.
| Lampe | Tension U | Intensité I | P = U × I |
|---|---|---|---|
| a | 4,5 V | 0,3 A | P = 4,5 × 0,3 = … |
| b | 6 V | 0,5 A | P = 6 × … = … |
| c | 12 V | 2 A | … |
| d | 3 V | 200 mA | … |
1. a : P = 4,5 × 0,3 = 1,35 W.
b : P = 6 × 0,5 = 3 W.
c : P = 12 × 2 = 24 W.
2. I = 200 mA = 0,2 A. P = 3 × 0,2 = 0,6 W.
3. La lampe c (24 W).
Chez Sami, chaque appareil est branché sur une prise de la maison. On connaît l'intensité du courant qui le traverse.
| Appareil | Tension U | Intensité I |
|---|---|---|
| lampe de bureau | 230 V | 0,1 A |
| aspirateur | 230 V | 3 A |
| four à micro-ondes | 230 V | 5 A |
| bouilloire | 230 V | 9 A |
1. P = 230 × 0,1 = 23 W.
2. P = 230 × 3 = 690 W.
3. Four à micro-ondes : P = 230 × 5 = 1 150 W.
Bouilloire : P = 230 × 9 = 2 070 W.
4. 2 070 ÷ 1 000 = 2,07 kW.
Dans E = P × t, la durée t doit être en heures. Complète le tableau.
| Durée | 30 min | 15 min | 45 min | 6 min | 12 min | 1 h 30 min | 2 h 15 min |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| En heures | 0,5 h | … | … | … | … | … | … |
1. 15 ÷ 60 = 0,25 h.
2. 45 ÷ 60 = 0,75 h ; 6 ÷ 60 = 0,1 h ; 12 ÷ 60 = 0,2 h.
3. 1 h 30 min = 1 h + 0,5 h = 1,5 h.
2 h 15 min = 2 h + 0,25 h = 2,25 h.
4. Non. 30 min, c'est une demi-heure : 30 ÷ 60 = 0,5 h.
Kenza note la puissance de quatre appareils et leur durée de marche dans la journée.
| Appareil | Puissance P | Durée t | E = P × t |
|---|---|---|---|
| télévision | 80 W | 2 h | E = 80 × 2 = … |
| lampe LED | 10 W | 5 h | E = 10 × … = … |
| ordinateur portable | 50 W | 3 h | … |
| chargeur de téléphone | 5 W | 30 min | … |
1. Télévision : E = 80 × 2 = 160 Wh.
Lampe LED : E = 10 × 5 = 50 Wh.
Ordinateur : E = 50 × 3 = 150 Wh.
2. t = 30 min = 0,5 h. E = 5 × 0,5 = 2,5 Wh.
3. 160 ÷ 1 000 = 0,16 kWh.
Sur un chantier, en hiver, les peintres allument un radiateur soufflant de 2 000 W dans une pièce pour chauffer et sécher les murs.
1. P = 2 000 ÷ 1 000 = 2 kW.
2. E = P × t = 2 × 3 = 6 kWh.
3. t = 30 min = 0,5 h. E = 2 × 0,5 = 1 kWh.
4. 2 kW : puissance. 6 kWh : énergie. 2 000 W : puissance. 1 kWh : énergie. (W et kW : puissance ; Wh et kWh : énergie.)
Nora relève le compteur électrique de son appartement le 1er janvier, puis le 1er février.
1. En kWh (kilowattheures) : c'est une énergie.
2. Début : 23 480 kWh. Fin : 23 830 kWh.
3. 23 830 − 23 480 = 350 kWh.
4. Coût = 350 × 0,20 = 70 € environ.
Lina utilise un sèche-cheveux de 2 000 W pendant 15 min chaque matin. Le prix du kWh est d'environ 0,20 €.
| Étape | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| 1. Puissance en kW | 2 000 ÷ 1 000 | … kW |
| 2. Durée en heures | 15 ÷ 60 | … h |
| 3. Énergie E = P × t | … × … | … kWh |
| 4. Coût | … × 0,20 | … € |
1. P = 2 000 ÷ 1 000 = 2 kW. t = 15 ÷ 60 = 0,25 h.
2. E = 2 × 0,25 = 0,5 kWh.
3. Coût = 0,5 × 0,20 = 0,10 €, soit 10 centimes.
4. 0,10 × 30 = 3 € environ.
Dans la cuisine, Bilal branche trois appareils sur une multiprise marquée « 16 A max », branchée sur 230 V. Les trois appareils marchent en même temps.
1. Pmax = 230 × 16 = 3 680 W.
2. 2 000 + 900 + 1 000 = 3 900 W.
3. 3 900 W est plus grand que 3 680 W : la multiprise est surchargée. Les fils chauffent : risque de brûlure et d'incendie.
4. 2 000 + 900 = 2 900 W. 2 900 W est plus petit que 3 680 W : non, elle n'est plus surchargée.
Dans le salon, la télévision, la console et la barre de son restent en veille 20 h par jour. Ensemble, en veille, leur puissance est d'environ 15 W.
1. E = 15 × 20 = 300 Wh.
2. 300 ÷ 1 000 = 0,3 kWh.
3. 0,3 × 365 = 109,5 kWh.
4. Coût = 109,5 × 0,20 = 21,90 € environ… pour des appareils qui ne servent à rien pendant ce temps.
5. Éteindre les appareils pour de bon le soir, par exemple avec une multiprise à interrupteur.
Dans un atelier de menuiserie, voici la plaque signalétique de la scie circulaire. La scie est branchée sur une prise de 230 V.
1. P = 1 400 W, soit 1 400 ÷ 1 000 = 1,4 kW.
2. Je cherche I, donc I = P ÷ U = 1 400 ÷ 230 ≈ 6,1 A.
3. t = 45 min = 45 ÷ 60 = 0,75 h. E = P × t = 1,4 × 0,75 = 1,05 kWh.
4. Coût = 1,05 × 0,20 = 0,21 €, soit environ 21 centimes.
Le salon de Yanis est éclairé par 6 spots halogènes de 50 W. Ils sont allumés 4 h par jour. Une lampe LED de 8 W éclaire à peu près autant qu'un spot halogène de 50 W. Prix : environ 0,20 € le kWh.
| Éclairage | Puissance d'une lampe | Nombre de lampes | Durée par jour |
|---|---|---|---|
| halogène | 50 W | 6 | 4 h |
| LED | 8 W | 6 | 4 h |
1. Halogènes : 6 × 50 = 300 W. LED : 6 × 8 = 48 W.
2. Halogènes : E = 300 × 4 = 1 200 Wh = 1,2 kWh.
LED : E = 48 × 4 = 192 Wh = 0,192 kWh.
3. Halogènes : 1,2 × 365 = 438 kWh ; coût = 438 × 0,20 = 87,60 €.
LED : 0,192 × 365 = 70,08 kWh ; coût = 70,08 × 0,20 ≈ 14,02 €.
4. 87,60 − 14,02 = 73,58 € d'économie par an, environ.
5. Une grande partie de l'énergie de l'halogène part en chaleur, pas en lumière. Pour la même lumière, il lui faut une plus grande puissance (50 W au lieu de 8 W).
Sur un chantier, un électricien utilise une multiprise de chantier marquée 16 A, branchée sur 230 V. Il y branche un radiateur soufflant de 2 000 W.
| Appareil | Puissance |
|---|---|
| radiateur soufflant | 2 000 W |
| perforateur | 800 W |
| scie sauteuse | 600 W |
| projecteur de chantier | 500 W |
1. I = P ÷ U = 2 000 ÷ 230 ≈ 8,7 A.
2. Pmax = U × I = 230 × 16 = 3 680 W.
3. 2 000 + 800 + 600 = 3 400 W. 3 400 W est plus petit que 3 680 W : la multiprise n'est pas surchargée.
4. 3 400 + 500 = 3 900 W, plus grand que 3 680 W : la multiprise serait surchargée (les fils chauffent, risque d'incendie). Conseil : brancher le radiateur seul sur une prise murale, et les outils sur la multiprise.
Le soir, la tante de Kenza recharge sa voiture électrique sur une prise de la maison, avec le câble livré avec la voiture. La tension est de 230 V et l'intensité de 10 A. La recharge dure 8 h pendant la nuit.
1. P = U × I = 230 × 10 = 2 300 W, soit 2,3 kW.
2. E = P × t = 2,3 × 8 = 18,4 kWh.
3. Coût = 18,4 × 0,20 = 3,68 € environ.
4. Non. Le coût dépend de l'énergie (en kWh), pas de la puissance. Même énergie, même prix du kWh : même coût. La borne puissante va seulement plus vite.
Dans une maison chauffée à l'électricité, Sami relève l'index du compteur le premier jour de chaque mois.
| Date du relevé | 1er novembre | 1er décembre | 1er janvier |
|---|---|---|---|
| Index du compteur | 45 120 kWh | 45 540 kWh | 46 020 kWh |
1. Novembre : 45 540 − 45 120 = 420 kWh.
2. Décembre : 46 020 − 45 540 = 480 kWh.
3. Novembre : 420 × 0,20 = 84 €. Décembre : 480 × 0,20 = 96 €.
4. 420 ÷ 30 = 14 kWh par jour en moyenne.
5. En décembre, il fait plus froid : les radiateurs marchent plus longtemps. Les nuits sont aussi plus longues : on allume la lumière plus tôt.
Voici les appareils utilisés chez Kenza pendant une journée d'hiver. Prix : environ 0,20 € le kWh.
| Appareil | Puissance | Durée de marche |
|---|---|---|
| radiateur | 1 500 W | 6 h |
| four | 2 000 W | 45 min |
| télévision | 100 W | 4 h |
| console de jeu | 200 W | 2 h |
| 5 lampes LED | 8 W chacune | 5 h |
1. Radiateur : 1,5 kW × 6 h = 9 kWh.
Four : 45 min = 0,75 h ; 2 kW × 0,75 h = 1,5 kWh.
Télévision : 0,1 kW × 4 h = 0,4 kWh.
Console : 0,2 kW × 2 h = 0,4 kWh.
Lampes : 5 × 8 = 40 W = 0,04 kW ; 0,04 × 5 = 0,2 kWh.
2. Total : 9 + 1,5 + 0,4 + 0,4 + 0,2 = 11,5 kWh. Coût : 11,5 × 0,20 = 2,30 €.
3. Le radiateur (9 kWh). La moitié du total est 11,5 ÷ 2 = 5,75 kWh ; 9 kWh est plus grand : oui, le radiateur utilise plus de la moitié de l'énergie.
4. Radiateur sur 5 h : 1,5 × 5 = 7,5 kWh. Économie : 9 − 7,5 = 1,5 kWh par jour, soit 1,5 × 0,20 = 0,30 € par jour.
5. Console : 0,4 kWh = 400 Wh. 400 × 3 600 = 1 440 000 J. Le joule est une toute petite unité.
Dans l'atelier de menuiserie, le radiateur soufflant (2 000 W) est branché seul sur une prise murale. Les autres outils marchent en même temps. Le menuisier a deux multiprises de 16 A, branchées sur 230 V.
| Outil | Puissance |
|---|---|
| scie circulaire | 1 400 W |
| aspirateur d'atelier | 1 200 W |
| perceuse | 750 W |
| ponceuse | 300 W |
| lampe de travail | 50 W |
1. I = P ÷ U = 2 000 ÷ 230 ≈ 8,7 A.
2. Puissance maximale d'une multiprise : 230 × 16 = 3 680 W. Total des outils : 1 400 + 1 200 + 750 + 300 + 50 = 3 700 W. 3 700 W est plus grand que 3 680 W : non, la multiprise serait surchargée, même si c'est de peu.
3. Exemple de répartition :
multiprise 1 : scie + aspirateur = 1 400 + 1 200 = 2 600 W ;
multiprise 2 : perceuse + ponceuse + lampe = 750 + 300 + 50 = 1 100 W.
Les deux totaux sont plus petits que 3 680 W : aucune n'est surchargée. (D'autres répartitions sont justes, si chaque total reste sous 3 680 W.)
4. Multiprise 1 : I = P ÷ U = 2 600 ÷ 230 ≈ 11,3 A, plus petit que 16 A.