Puissance et énergie électrique Physique-Chimie 3e
⚡ Physique-Chimie🎒 3e (collège)✅ 12 exercices corrigés ⬇️
En bref : La puissance d'un appareil, en watts, indique la vitesse à laquelle il consomme l'énergie : elle est égale à la tension en volts multipliée par l'intensité en ampères. L'énergie consommée dépend de la durée : énergie égale puissance fois temps. En joules si le temps est en secondes, en kilowattheures si la puissance est en kilowatts et le temps en heures. Par exemple, un four de deux mille watts pendant deux heures consomme quatre kilowattheures.
📖 La leçon
L'énergie consommée dépend de la durée : E = P × t, en joules si t est en secondes, en kilowattheures (kWh) si P est en kW et t en heures. Le compteur de la maison compte des kWh.
Exemple : un four de 2 000 W pendant 2 h consomme 4 kWh.
Astuce : 1 kWh = 3 600 000 J.
🖼️ Le schéma à retenir
L'essentiel à retenir
Un appareil transforme l'énergie électrique en chaleur, lumière ou mouvement. La puissance, notée P et exprimée en watts (W), mesure l'énergie transformée chaque seconde : 1 W vaut 1 joule par seconde. Elle se calcule par P = U × I, avec la tension U en volts et l'intensité I en ampères. Sous 230 V, une bouilloire de 2 300 W est traversée par 10 A. La puissance nominale est inscrite sur chaque appareil.
L'énergie consommée dépend de la puissance et de la durée : E = P × t. Si P est en watts et t en secondes, E est en joules (J). En pratique, on utilise le kilowattheure (kWh) : l'énergie consommée par un appareil de 1 kW pendant 1 h, soit 3 600 000 J. Le compteur de la maison additionne les kWh, que le fournisseur facture (environ 20 à 25 centimes chacun).
Une installation a une puissance maximale fixée par l'abonnement. Si trop d'appareils puissants fonctionnent ensemble, l'intensité devient trop forte : le disjoncteur coupe le courant pour éviter la surchauffe des fils. Pour réduire la facture : appareils peu puissants (LED), durée limitée, pas de veille.
Vocabulaire
- Puissance (P) — énergie transformée par seconde, en watts (W) ; P = U × I.
- Watt (W) — unité de puissance ; 1 W = 1 J/s ; 1 kW = 1 000 W.
- Énergie (E) — grandeur consommée, en joules (J) ou kilowattheures (kWh) ; E = P × t.
- Kilowattheure (kWh) — énergie d'un appareil de 1 kW pendant 1 h, soit 3,6 millions de joules.
- Puissance nominale — puissance indiquée par le fabricant.
- Disjoncteur — dispositif qui coupe le courant si l'intensité est trop élevée.
La question de devoir
Un sèche-cheveux de 1 800 W fonctionne 10 minutes par jour sous 230 V. Calculez l'intensité du courant et l'énergie consommée en 30 jours. Plan de réponse : 1) calculer I = P / U = 1 800 / 230 ≈ 7,8 A ; 2) convertir 10 min en 1/6 h et calculer E = 1,8 kW × 1/6 h = 0,3 kWh par jour ; 3) multiplier par 30 jours, soit 9 kWh, puis estimer le coût avec un prix du kWh.
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✏️ 12 exercices corrigés : puissance et énergie électrique
Touche une réponse : elle est corrigée tout de suite, avec l'explication.
1. L'unité de la puissance électrique est le …
✔ Réponse : watt (W)
Le watt mesure l'énergie transformée par seconde ; le joule mesure l'énergie, le volt la tension et l'ampère l'intensité du courant.
2. La puissance d'un appareil se calcule par …
✔ Réponse : P = U × I
La puissance est le produit de la tension (en volts) par l'intensité (en ampères) ; sous 230 V, un appareil parcouru par 2 A a une puissance de 460 W.
3. L'énergie électrique consommée se calcule par …
✔ Réponse : E = P × t
Plus un appareil est puissant et plus il fonctionne longtemps, plus il consomme ; l'énergie est le produit de la puissance par la durée.
4. Le compteur électrique d'une maison mesure …
✔ Réponse : l'énergie consommée en kWh
Le compteur additionne les kilowattheures consommés par tous les appareils ; c'est cette énergie que le fournisseur facture.
5. Un four de 2 000 W allumé 2 h consomme …
✔ Réponse : 4 kWh
2 000 W = 2 kW ; E = 2 kW × 2 h = 4 kWh. Il faut penser à convertir les watts en kilowatts pour obtenir des kilowattheures.
6. 1 kWh correspond à …
✔ Réponse : 3 600 000 J
1 kW = 1 000 W et 1 h = 3 600 s, donc 1 kWh = 1 000 × 3 600 = 3 600 000 J, soit 3,6 MJ. Le joule est trop petit pour la vie courante.
7. Quelle intensité traverse une bouilloire de 2 300 W sous 230 V ?
✔ Réponse : 10 A
I = P / U = 2 300 / 230 = 10 A. C'est une intensité élevée : les appareils chauffants sont les plus gourmands de la maison.
8. Une puissance de 1 W correspond à …
✔ Réponse : 1 joule par seconde
La puissance est un débit d'énergie : un appareil de 100 W transforme 100 J chaque seconde, soit 360 000 J en une heure.
9. Un radiateur de 1 500 W fonctionne 3 h. Avec un kWh à 0,20 €, cela coûte …
✔ Réponse : 0,90 €
E = 1,5 kW × 3 h = 4,5 kWh, puis 4,5 × 0,20 = 0,90 €. Le chauffage électrique représente souvent la plus grosse part de la facture.
10. Pourquoi le disjoncteur coupe-t-il le courant ?
✔ Réponse : l'intensité dépasse la limite autorisée
Trop d'appareils puissants en même temps font monter l'intensité ; les fils chaufferaient et pourraient prendre feu, le disjoncteur protège l'installation.
11. Une LED de 10 W et une ampoule de 60 W éclairent autant. Sur 1 000 h, l'économie est de …
✔ Réponse : 50 kWh
L'ampoule consomme 60 kWh (0,06 kW × 1 000 h), la LED 10 kWh : la différence est de 50 kWh, la LED convertissant bien moins d'énergie en chaleur inutile.
12. Deux appareils ont la même puissance. Celui qui consomme le plus d'énergie est celui qui …
✔ Réponse : fonctionne le plus longtemps
À puissance égale, l'énergie E = P × t ne dépend que de la durée : un appareil en veille 24 h sur 24 peut consommer plus qu'un appareil puissant utilisé quelques minutes.
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