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3e · Chapitre 11 · L'énergie et ses conversions

Puissance et énergie électrique

Cours

0Pour bien démarrer

🎯 Objectifs

  • Utiliser la relation P = U × I (W, V, A).
  • Connaître la signification de la puissance nominale.
  • Calculer une énergie E = P × t en J et en kWh ; estimer un coût.
  • Expliquer les risques de surintensité (multiprise) et le rôle du disjoncteur.

🧰 Prérequis

  • Tension, intensité, multimètre, loi d'Ohm (4e).
  • Énergie, joule, kWh (ch. 3).
  • Conversions de durées.

🔎 Situation de départ

Thomas veut brancher un radiateur, une bouilloire et un fer à repasser sur la même multiprise. Sa mère l'en empêche. A-t-elle raison, et comment le prouver ?

1La puissance électrique

Relation

$$P = U\times I$$ P en watts (W), U en volts (V), I en ampères (A).

On mesure U avec un voltmètre (en dérivation) et I avec un ampèremètre (en série).

AV+− générateurinterrupteurlampevoltmètreampèremètre

Multiples : 1 kW = 1 000 W ; 1 MW = 10⁶ W.

2La puissance nominale

La puissance nominale d'un appareil, indiquée sur sa plaque signalétique, est la puissance qu'il reçoit lorsqu'il est alimenté sous sa tension nominale. Sous une tension plus faible, il fonctionne mal ; sous une tension trop forte, il risque d'être détruit.

AppareilPuissance (ordre de grandeur)
lampe LED5 à 10 W
ordinateur portable50 à 100 W
four, radiateur, bouilloire1 000 à 3 000 W

3L'énergie électrique

Relation

$$E = P\times t$$ Unités internationales : E en joules (J), P en W, t en secondes (s). Unités pratiques : E en kilowattheures (kWh), P en kW, t en heures (h).

$1\ \text{kWh} = 1\,000\ \text{W}\times3\,600\ \text{s} = 3{,}6\times10^{6}$ J.

Coût = énergie (kWh) × prix du kWh.

4Sécurité électrique

Tous les appareils branchés sur une même multiprise sont en dérivation : les intensités s'additionnent. Une intensité trop grande (surintensité) fait chauffer les fils : risque d'incendie.

On calcule l'intensité totale : $I = \dfrac{P_{totale}}{U}$. Une multiprise courante supporte 16 A maximum. Le disjoncteur (ou le fusible) coupe le courant en cas de surintensité.

🧪 Simulation 1 — Mesurer une puissance

Modèle simplifié : la résistance des lampes est supposée constante.

🧪 Simulation 2 — La multiprise surchargée

Appareils branchés sur la multiprise (230 V, 16 A max)

🧪 Simulation 3 — Consommation et coût

Prix du kWh : 0,25 € (valeur pédagogique, arrondie).

🛠️ Méthode — Calculer une énergie et un coût

Énoncé

Un radiateur de 1 500 W fonctionne 6 h par jour pendant 120 jours d'hiver. Prix du kWh : 0,25 €. Calcule l'énergie consommée et le coût.

Exemple entièrement rédigé

  1. Données : $P = 1\,500$ W = 1,5 kW ; t = 6 h × 120 = 720 h ; prix 0,25 €/kWh.
  2. Choisir les unités : unités pratiques : P en kW, t en h, E en kWh.
  3. Relation : $E = P\times t$.
  4. Calcul : $E = 1{,}5\times720 = 1\,080$ kWh.
  5. Coût : 1 080 × 0,25 = 270 €.
  6. En joules (si demandé) : $E = 1\,080\times3{,}6\times10^{6} \approx 3{,}9\times10^{9}$ J.

⚠️ Erreurs fréquentes

Ce qu’on lit souventCe qu’il faut retenir
❌ P = U + I.✅ P = U × I.
❌ On mélange W et h et on obtient des joules.✅ W × s → J ; kW × h → kWh.
❌ Un appareil de 2 000 W consomme 2 000 kWh.✅ La puissance (W) n'est pas une énergie : il faut multiplier par la durée.
❌ La facture se paie en watts.✅ On paie de l'énergie en kWh.
❌ Sur une multiprise, l'intensité est la même pour tous.✅ Les appareils sont en dérivation : les intensités s'ajoutent.
❌ 1 kWh = 1 000 J.✅ 1 kWh = 3 600 000 J.

📌 L’essentiel

  • $P = U\times I$ (W, V, A).
  • Puissance nominale : puissance reçue sous la tension nominale.
  • $E = P\times t$ : J (W, s) ou kWh (kW, h) ; 1 kWh = $3{,}6\times10^{6}$ J.
  • Coût = E (kWh) × prix du kWh.
  • Multiprise : intensités qui s'ajoutent ; surintensité → échauffement, incendie ; le disjoncteur protège.

✅ Quiz — je fais le point

Réponds seul(e). Aucune correction n’est affichée : ton professeur fera le bilan avec toi.

1. Une lampe sous 12 V est traversée par 0,5 A. Sa puissance :

2. Un four de 2 kW fonctionne 30 min. Énergie consommée :

3. 1 kWh vaut :

4. Sur la facture, on paie :

5. Un appareil de 2 300 W sous 230 V est traversé par :

6. Le disjoncteur coupe le courant en cas de :