2. Energie électrique - Bougaud
Ressources énergétiques et énergie électrique. Chap.17 ... Transport et stockage
de l'énergie ; énergie électrique. ..... (*Exercices corrigés mais conseillés).
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1ère SThème : Défis du XXIème siècle CoursPhysiqueRessources énergétiques et énergie électriqueChap.17
Notions et contenusCompétences exigiblesConvertir lénergie et économiser les ressources
Ressources énergétiques renouvelables ou non ; durées caractéristiques associées.
Transport et stockage de lénergie ; énergie électrique.
Production de lénergie électrique ; puissance.
Conversion dénergie dans un générateur, un récepteur.
Loi dOhm. Effet Joule.
Notion de rendement de conversion.
Recueillir et exploiter des informations pour identifier des problématiques :
Dutilisation des ressources énergétiques ;
Du stockage et du transport de lénergie.
Argumenter en utilisant le vocabulaire scientifique adéquat.
Distinguer puissance et énergie.
Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.
Connaître et comparer des ordres de grandeur de puissances.
Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les conversions dénergie en termes de conservation, de dégradation.
Pratiquer une démarche expérimentale pour :
Mettre en évidence leffet Joule ;
Exprimer la tension aux bornes dun générateur et dun récepteur en fonction de lintensité du courant électrique.
Recueillir et exploiter des informations portant sur un système électrique à basse consommation. Relation entre puissance et énergie
Lénergie E produite ou consommée par un appareil de puissance P est liée à sa durée de fonctionnement t par la relation : eq \x(E = P ( (t )
Unités S.I. : E en joules (J) avec P en watts (W) et (t en secondes (s)
Autres unités : E en kilowattheures (kWh) avec P en kilowatts (kW) et (t en heures (h). 1 kWh = 3,6 ( 106 J
Puissance électrique : eq \x(P = U ( I)
U tension aux bornes du dipôle en volts (V) ;
I intensité du courant qui traverse le dipôle en ampères (A) ;
P puissance du dipôle en watts (W)
Le conducteur ohmique, un exemple de récepteur électrique
Un récepteur électrique convertit lénergie électrique reçue en une autre forme dénergie.
Caractéristique dun conducteur ohmique
Caractéristique, courbe U = f(I), de 2 conducteurs ohmiques de résistance R1 et R2 page suivante.
Que peut-on dire des deux courbes ?
Quel est le lien entre la tension U et lintensité I dans les deux cas ?.
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Un conducteur ohmique est caractérisé par sa résistance R. Des deux conducteurs ohmiques, lequel a la valeur de la résistance la plus élevée ?
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Loi dOhm
Enoncé : .................................................................................................................................................................................................................................................. ...........................................................................................................................
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Effet Joule
A partir de lexpression de P (= U ( I) et de la loi dOhm, donner deux relations de la puissance P
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En déduire lexpression de lénergie E en fonction de R, I et (t
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Conclusion : Un conducteur ohmique convertit toute lénergie électrique reçue en énergie thermique et de rayonnement : cest lénergie dissipée par effet Joule. Ex : dipôle ohmique, lampe à incandescence, fer à repasser, grille pain...
Application : Pourquoi transporter lélectricité sur des lignes à haute tension ?
Une installation électrique située à 10 km du transformateur EDF est alimentée sous 230 V par une ligne monophasée de résistance 0,4 ©/km. Elle consomme une puissance P = 5 kW.
Donner l expression de chaque grandeur puis calculer.
U = 230 VU = 20 000 VRésistance totale R de la ligne : R = & . Intensité nécessaire à l installation : I = eq \s\do1(\f(......;......))Chute de tension sur les 10 km : Uligne = ............ Perte de puissance par effet Joule : PJ = ............ Valeur de la tension disponible chez le particulier : U - UligneConclusion : Quel est le but du transport de lélectricité sous très haute tension ?
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Générateur électrique
Un générateur électrique fournit de lénergie électrique aux dipôles du circuit électrique.
Caractéristique dun générateur, UPN = f(I)
Quelle est la courbe décrite par la caractéristique du générateur ?
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Lordonnée à lorigine est appelée force électromotrice notée E. Quelle est la valeur de E ainsi que son unité ?
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En général, la caractéristique dun générateur a pour équation : eq \x(UPN = E - r ( I ) avec UPN en volts (V), E force électromotrice en volts (V), r résistance interne en ohms (() et I en ampère (A)
Energie électrique
L énergie électrique Eé! fournie par le générateur au reste du circuit est : Eé! = UPN ( I ( t = (E r ( I) ( I ( t = E ( I ( t - r ( I² ( t
E ( I ( t : énergie provenant de la conversion de l énergie chimique en énergie électrique (dans une pile) ou de la conversion de l énergie mécanique en énergie électrique (dans un alternateur)
r ( I² ( t : énergie dissipée par effet Joule dans le générateur
Conclusion : l énergie provenant de la conversion de l énergie chimique (ou mécanique) en énergie électrique (E ( I ( t) n est que partiellement fournie aux autres dipôles (UPN ( I ( t) : en effet, l autre partie est dissipée sous forme de chaleur : r ( I² ( t.
Bilan des transferts énergétiques
On peut représenter ces transferts d énergies par une chaîne énergétique :
Cette chaîne illustre le principe de la conversion de l énergie : la somme des énergies qui entrent dans le système = somme des éner .7emo¥¦ËÌ 9 : X Y h i Á Â Ç È Ú Û þ
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