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Chapitre 2 – Exercices par capacités

Évaluer la puissance consommée par un appareil électrique  |  1ère Bac Pro ERA-MA  |  Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Capacités du chapitre (codes du cours) :

Pour aller plus loin, hors programme du groupement 3 : la puissance souscrite en kVA, la facture d'électricité (elle relève du chapitre 1) et les puissances réactive et apparente.

C1 — Mesurer une tension et une intensité en régime alternatif

Rappel de cours

Les appareils de mesure affichent les valeurs efficaces \(U\) et \(I\) : ce sont elles qu'on emploie dans les calculs. Le « 230 V » du réseau est une valeur efficace. Le voltmètre se branche en dérivation, l'ampèremètre en série. La pince ampèremétrique se referme autour d'un seul conducteur, sans ouvrir le circuit. Un système d'acquisition enregistre \(u(t)\) et \(i(t)\) au cours du temps.

Exercice 1

Un technicien d'agencement mesure la tension aux bornes d'une scie sauteuse et l'intensité du courant qu'elle absorbe. Il lit : \(U = 230\) V et \(I = 3{,}5\) A.

  1. Avec quel instrument a-t-il mesuré la tension ? Comment est-il branché ?
  2. Avec quel instrument a-t-il mesuré l'intensité ? Comment est-il branché ?
  3. Quelle est l'unité de chaque grandeur ?

Exercice 2

Un menuisier utilise une pince ampèremétrique pour mesurer le courant absorbé par une défonceuse en fonctionnement. Il lit \(I = 5{,}2\) A sous 230 V.

  1. Quel est l'avantage de la pince ampèremétrique par rapport à un ampèremètre classique ?
  2. Autour de quoi faut-il refermer la pince ? Que se passe-t-il si on la referme autour du câble complet ?
  3. Que signifie la valeur 230 V pour la tension du réseau ?

Exercice 3

Compléter le tableau suivant en indiquant pour chaque grandeur : son symbole, son unité et l'instrument de mesure utilisé.

GrandeurSymboleUnitéInstrumentBranchement
Tension…………
Intensité…………

Exercice 4

En TP, Yanis veut mesurer la tension aux bornes d'une lampe alimentée en alternatif et l'intensité qui la traverse. Il branche l'ampèremètre en dérivation aux bornes de la lampe et le voltmètre en série dans le circuit.

  1. Quelle erreur Yanis a-t-il commise ?
  2. Comment faut-il brancher chaque appareil ?
  3. Les appareils afficheront-ils des valeurs maximales, des valeurs instantanées ou des valeurs efficaces ?

C2 — Visualiser \(u(t)\) et \(i(t)\) à l'ExAO et mesurer un déphasage

Rappel de cours

Pour un dipôle, la tension et l'intensité sont en général déphasées : les deux courbes ne passent pas par zéro au même instant. Pour un dipôle purement résistif (radiateur, lampe à filament), elles sont superposées : \(\varphi = 0\). Pour un moteur, l'intensité est en retard sur la tension.

On relève la période \(T\) et le décalage \(\Delta t\), dans la même unité, puis : \(\varphi = 360 \times \dfrac{\Delta t}{T}\), en degrés. Sur le réseau à 50 Hz, \(T = \dfrac{1}{50} = 0{,}02\) s \(= 20\) ms.

Exercice 5

Un système d'acquisition enregistre la tension et l'intensité du moteur d'un ventilateur.

  1. Relever la période \(T\) des deux courbes.
  2. Relever le décalage \(\Delta t\) entre les passages par zéro de \(u(t)\) et de \(i(t)\).
  3. Calculer le déphasage \(\varphi\), en degrés.

Exercice 6

Le compresseur d'un atelier est branché sur le réseau à 50 Hz. À l'oscilloscope, on mesure un décalage \(\Delta t = 2{,}8\) ms entre la tension et l'intensité.

  1. Calculer la période \(T\) du réseau, en millisecondes.
  2. Calculer le déphasage \(\varphi\), arrondi au degré.

Exercice 7

On enregistre \(u(t)\) et \(i(t)\) pour deux appareils de la maison. Pour la bouilloire, les deux courbes passent par zéro aux mêmes instants. Pour l'aspirateur, l'intensité passe par zéro un peu après la tension.

  1. Que vaut le déphasage de la bouilloire ? Quel type de dipôle est-ce ?
  2. Le déphasage de l'aspirateur est-il nul ? Laquelle des deux grandeurs est en retard ?
  3. Quel élément de l'aspirateur explique ce déphasage ?

Exercice 8

Un élève relève \(\Delta t = 4{,}5\) ms et \(T = 0{,}02\) s. Il écrit : \(\varphi = 360 \times \dfrac{4{,}5}{0{,}02} = 81\,000°\).

  1. Sans refaire le calcul, pourquoi ce résultat est-il impossible ?
  2. Quelle est son erreur ? Calculer la bonne valeur de \(\varphi\).

C3 — Calculer une puissance active avec \(P = U \times I \times \cos\varphi\)

Rappel de cours

La puissance active \(P\) est la puissance moyenne réellement consommée par l'appareil : \(P = U \times I \times \cos\varphi\), avec \(P\) en watts (W), \(U\) et \(I\) en valeurs efficaces (V et A), \(\cos\varphi\) sans unité. Pour un appareil purement résistif, \(\cos\varphi = 1\) et on retrouve \(P = U \times I\) du chapitre 1. Pour un moteur, oublier le \(\cos\varphi\) fait surestimer la puissance.

Exercice 9

Un planeur de menuiserie fonctionne sous \(U = 230\) V, absorbe un courant \(I = 7\) A avec un facteur de puissance \(\cos\varphi = 0{,}85\). Calculer la puissance active consommée.

Exercice 10

Une dégauchisseuse absorbe \(I = 9\) A sous \(U = 230\) V avec \(\cos\varphi = 0{,}92\).

  1. Calculer sa puissance active.
  2. Quelle puissance aurait-on annoncée en oubliant le facteur de puissance ? De combien se serait-on trompé ?

Exercice 11

Dans un atelier d'agencement, deux machines fonctionnent en même temps sous 230 V.

MachineIntensité \(I\)Facteur de puissance \(\cos\varphi\)
Toupie10 A0,86
Scie à format11 A0,88

Calculer la puissance active de chaque machine, puis la puissance active totale en kilowatts.

Exercice 12

Deux appareils d'une maison sont branchés sous 230 V.

AppareilIntensité \(I\)Facteur de puissance \(\cos\varphi\)
Radiateur électrique7,4 A1
Ventilateur de plafond0,35 A0,90
  1. Calculer la puissance active de chaque appareil.
  2. Pour lequel peut-on utiliser directement la relation \(P = U \times I\) du chapitre 1 ? Pourquoi ?

Exercice 13

Sur un chantier, une pompe de relevage absorbe \(I = 5{,}2\) A sous \(U = 230\) V, avec \(\cos\varphi = 0{,}82\). Un apprenti écrit : « \(P = 230 \times 5{,}2 = 1\,196\) W ».

  1. Quelle est son erreur ?
  2. Calculer la puissance active de la pompe.
  3. De combien de watts l'apprenti s'est-il trompé ?

C4 — Déterminer un facteur de puissance, par le déphasage ou par la mesure

Rappel de cours

Le facteur de puissance est le cosinus du déphasage : \(\cos\varphi\), calculé avec la calculatrice en degrés. C'est un nombre sans unité, compris entre 0 et 1. On peut aussi le retrouver à partir de trois mesures : \(\cos\varphi = \dfrac{P}{U \times I}\).

Type d'appareilExemple\(\cos\varphi\)
Résistifradiateur, plaque chauffante≈ 1
Moteur en chargescie, toupie, compresseur0,8 à 0,9
Moteur à videmachine qui tourne sans couper0,3 à 0,5

Valeurs indicatives, pour vérifier qu'un résultat est plausible.

Exercice 14

On a mesuré le déphasage de deux moteurs d'un atelier : \(\varphi_1 = 30°\) pour le premier, \(\varphi_2 = 60°\) pour le second.

  1. Calculer le facteur de puissance de chaque moteur, arrondi au centième.
  2. Lequel tourne probablement à vide ? S'appuyer sur le tableau du rappel.

Exercice 15

Un technicien de maintenance contrôle une scie à ruban. Un wattmètre mesure \(P = 1\,240\) W, une pince donne \(I = 6{,}5\) A sous \(U = 230\) V. Calculer \(\cos\varphi\), arrondi au centième. La valeur est-elle plausible ?

Exercice 16

À la maison, on branche un aspirateur sur une prise wattmètre. Elle affiche \(P = 640\) W, \(U = 230\) V et \(I = 3{,}4\) A. Calculer le facteur de puissance de l'aspirateur, arrondi au centième.

Exercice 17

Un menuisier agenceur sait que sa ponceuse à bande a une puissance active de 1 010 W. Il mesure \(I = 5{,}0\) A sous \(U = 230\) V.

  1. Calculer le facteur de puissance \(\cos\varphi\), arrondi au centième.
  2. Le menuisier avait d'abord calculé \(\dfrac{230 \times 5{,}0}{1\,010}\). Quel résultat obtient-il ? Pourquoi est-il forcément faux ?

Exercice 18

Un moteur présente un déphasage de 36°. Trois élèves donnent son facteur de puissance : Inès trouve 0,81 ; Tom trouve −0,13 ; Lina trouve 1,24.

  1. Qui a raison ?
  2. Sans refaire le calcul, expliquer pourquoi les deux autres valeurs sont impossibles.
  3. Quelle erreur de réglage explique probablement la valeur de Tom ?

C5 — Relier le facteur de puissance au courant appelé

Rappel de cours

En isolant \(I\) dans \(P = U \times I \times \cos\varphi\), on obtient le courant appelé : \(I = \dfrac{P}{U \times \cos\varphi}\). À puissance active égale, plus \(\cos\varphi\) est faible, plus le courant est grand : câbles plus gros, disjoncteur de calibre plus élevé, échauffement plus important.

Exercice 19

Un atelier doit commander une nouvelle perceuse d'établi. Il a le choix entre deux modèles de même puissance active, alimentés sous 230 V.

ModèlePuissance active \(P\)Facteur de puissance \(\cos\varphi\)
X1 000 W0,70
Y1 000 W0,94
  1. Calculer le courant appelé par chaque modèle, arrondi au centième.
  2. Quel modèle sollicite le moins l'installation ?
  3. Les deux modèles consomment-ils la même énergie pour une même durée de travail ?

Exercice 20

La plaque signalétique d'un compresseur indique : 230 V ; 2 200 W ; \(\cos\varphi = 0{,}82\). On veut le brancher sur une ligne protégée par un disjoncteur de 10 A, 16 A ou 20 A. On ne tient compte ni de la pointe de démarrage, ni de la section des câbles, supposée adaptée.

  1. Calculer le courant appelé par le compresseur, arrondi au dixième.
  2. Choisir le plus petit calibre qui convient.
  3. Quel calibre aurait-on choisi en oubliant le facteur de puissance ? Que se serait-il passé ?

Exercice 21

Deux pompes de piscine ont la même puissance active, 1 500 W, sous 230 V. La première a un facteur de puissance de 0,60, la seconde de 0,90.

  1. Calculer le courant appelé par chaque pompe, arrondi au dixième.
  2. Citer deux conséquences, pour l'installation électrique, du choix de la première pompe.

C6 — Mesurer une puissance active au wattmètre ou par un système d'acquisition

Rappel de cours

Deux façons de mesurer \(P\) : 1. le wattmètre affiche directement la puissance active, en watts ; 2. un système d'acquisition enregistre \(u(t)\) et \(i(t)\), calcule leur produit \(p(t) = u(t) \times i(t)\) à chaque instant, puis en prend la moyenne : c'est la puissance active. Le produit \(p(t)\) peut être négatif quand \(u(t)\) et \(i(t)\) n'ont pas le même signe.

Exercice 22

Un wattmètre branché sur une défonceuse affiche : \(P = 1\,480\) W ; \(U = 230\) V ; \(I = 7{,}6\) A.

  1. Quelle est la puissance active consommée par la défonceuse ?
  2. Calculer le produit \(U \times I\).
  3. Ce produit est-il égal à la puissance affichée ? La défonceuse est-elle purement résistive ?

Exercice 23

On branche une bouilloire, appareil purement résistif, sur un wattmètre. Il affiche \(U = 230\) V et \(I = 9{,}0\) A. Quelle puissance active doit-il afficher ? Justifier.

Exercice 24

En TP, un système d'acquisition enregistre \(u(t)\) et \(i(t)\) pour un petit moteur, puis trace \(p(t) = u(t) \times i(t)\). La courbe oscille régulièrement autour de sa valeur moyenne, à mi-hauteur entre son maximum et son minimum.

  1. Relever la valeur maximale et la valeur minimale de \(p(t)\).
  2. En déduire la puissance active du moteur.
  3. Pourquoi \(p(t)\) devient-il négatif par moments ?

Exercice 25

Deux élèves mesurent la puissance active du moteur d'une perceuse. Inès lit 540 W sur le wattmètre. Tom lit sur l'enregistrement de \(p(t)\) la valeur la plus haute de la courbe, 1 190 W, et l'annonce comme puissance consommée.

  1. Qui a raison ? Expliquer l'erreur de l'autre élève.
  2. Citer les deux façons de mesurer une puissance active.

Pour aller plus loin — hors programme du groupement 3

Rappel — Puissance souscrite

Cette notion n'est pas au programme du groupement 3 : le cours la signale « pour aller plus loin ».

Un abonnement professionnel fixe une puissance souscrite en kilovoltampères (kVA) : elle limite le produit \(U \times I\) appelé à chaque instant, pas la puissance active moyenne. La moyenne lisse les pointes ; l'abonnement réagit aux pointes.

Exercice 26

Un atelier d'agencement a souscrit une puissance de 9 kVA. Un matin, trois machines démarrent en même temps sous 230 V.

MachineToupieAspirationCompresseur
Intensité appelée22 A14 A9 A
  1. Calculer l'intensité totale, puis le produit \(U \times I\) appelé, en kVA.
  2. La puissance souscrite est-elle dépassée à cet instant ?
  3. L'artisan répond : « Ma puissance active moyenne sur le mois est de 3,7 kW, je suis largement sous les 9 kVA. » Donner deux raisons pour lesquelles ce raisonnement ne suffit pas.
Rappel — Facture d'électricité

Cette notion n'est pas une capacité de ce chapitre : le coût de l'énergie relève du chapitre 1. Elle est proposée en complément.

  • La consommation en kWh (kilowattheures) = énergie active consommée.
  • Le prix du kWh (tarif en vigueur).
  • L'abonnement : forfait fixe mensuel, qui dépend de la puissance souscrite.

Coût de consommation : \(\text{Coût} = \text{Énergie (kWh)} \times \text{Prix unitaire (€/kWh)}\)

Exercice 27

L'atelier d'un menuisier a consommé 320 kWh ce mois-ci. Le prix du kWh est 0,2516 €. Calculer le coût de la consommation.

Exercice 28

La facture d'un atelier d'agencement indique :

  • Consommation : 485 kWh
  • Prix du kWh : 0,2516 € HT
  • Abonnement : 15,40 € HT
  • TVA : 20 % sur toute la facture, abonnement compris
  1. Calculer le coût HT de la consommation.
  2. Calculer le montant TTC à payer.
Rappel — Puissances active, réactive et apparente

Ces notions dépassent le programme du groupement 3, qui s'arrête à la puissance active et au facteur de puissance. Elles sont proposées en complément pour la poursuite d'études.

  • Puissance active \(P\) (en W) : puissance réellement consommée. \(P = U \cdot I \cdot \cos\varphi\)
  • Puissance réactive \(Q\) (en var) : puissance échangée avec les bobines et condensateurs, non consommée.
  • Puissance apparente \(S\) (en VA) : \(S = U \cdot I\).
  • Relation : \(S^2 = P^2 + Q^2\)

Exercice 29

Associer chaque définition à la bonne puissance (active, réactive ou apparente) :

  1. Puissance dont l'énergie correspondante est comptée en kWh.
  2. Produit \(U \times I\) des valeurs efficaces, exprimé en VA.
  3. Puissance échangée avec les bobines du moteur (non consommée).

Exercice 30

Un moteur d'atelier a : \(P = 1\,500\) W, \(S = 1\,875\) VA.

  1. Calculer la puissance réactive \(Q\).
  2. Calculer le facteur de puissance \(\cos\varphi = P/S\).

Exercice 31

Une fraiseuse à bois a une puissance apparente \(S = 2\,300\) VA et un facteur de puissance \(\cos\varphi = 0{,}87\). Calculer :

  1. La puissance active \(P\).
  2. La puissance réactive \(Q\).