L’énergie électrique – exercices corrigés 3AC
📝Exercice 1 : Définitions essentielles
🔋Termes à définir :
Énergie électrique (E)
🏷️ Unités : Joule (J), Wattheure (Wh), Kilowattheure (kWh).
Joule (J)
Wattheure (Wh)
Kilowattheure (kWh)
\( 1 \, \text{kWh} = 1000 \, \text{Wh} = 3,6 \times 10^6 \, \text{J} \)
Compteur électrique
Constante du compteur (C)
Relation \( E = P \times t \)
Relation \( E = R \times I^2 \times t \)
Index du compteur
Énergie mesurée par le compteur : \( E = n \times C \)
Avec : \( E \) en Wh, \( n \) le nombre de tours (tr), \( C \) la constante du compteur (Wh/tr).
Énergie électrique (Wh ou kWh) = Puissance (W ou kW) × Temps (h) |
\( E = P \times t \) |
\( E = U \times I \times t \) |
\( E = R \times I^2 \times t \) |
\( 1 \, \text{kWh} = 1000 \, \text{Wh} = 3,6 \times 10^6 \, \text{J} \)
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux
⚡Affirmations à évaluer sur l’énergie électrique :
L’énergie électrique se note \( E \) et son unité dans le système international est le wattheure (Wh).
VRAI
FAUX
La relation \( E = P \times t \) permet de calculer l’énergie électrique consommée par un appareil.
VRAI
FAUX
\( 1 \, \text{kWh} = 1000 \, \text{J} \).
VRAI
FAUX
Un appareil de chauffage convertit totalement l’énergie électrique reçue en énergie thermique (chaleur).
VRAI
FAUX
La relation \( E = R \times I^2 \times t \) est valable pour tout type d’appareil électrique.
VRAI
FAUX
Le compteur électrique mesure la puissance électrique consommée dans une installation domestique.
VRAI
FAUX
La constante du compteur (C) représente l’énergie consommée pour un tour du disque.
VRAI
FAUX
Pour calculer l’énergie consommée pendant un mois, on fait : \( E = \text{Nouvel index} – \text{Ancien index} \).
VRAI
FAUX
Si on double la puissance d’un appareil, l’énergie consommée pendant la même durée double aussi.
VRAI
FAUX
L’énergie électrique consommée par un appareil de chauffage peut s’exprimer par \( E = U \times I \times t \).
VRAI
FAUX
✏️Exercice 3 : Compléter les phrases à trous
📝Liste des mots disponibles :
joule (J)
wattheure (Wh)
kilowattheure (kWh)
compteur électrique
constante du compteur (C)
E = P × t
E = U × I × t
E = R × I² × t
appareil de chauffage
index
énergie thermique
3600
n × C
Nouvel index – Ancien index
🔤Phrases à compléter :
L’__________ est une grandeur physique qui exprime la quantité d’énergie consommée par un appareil électrique.
L’unité internationale de l’énergie électrique est le __________.
La relation fondamentale de l’énergie électrique est __________, où E est l’énergie, P la puissance et t la durée.
L’unité usuelle __________ correspond à l’énergie consommée par un appareil de 1 watt pendant 1 heure.
Le __________ est l’appareil qui mesure l’énergie électrique consommée dans une installation domestique en kilowattheure.
La __________ représente l’énergie consommée pour un tour du disque du compteur.
Un __________ convertit totalement l’énergie électrique reçue en __________ (chaleur).
Pour un appareil de chauffage, l’énergie électrique peut être calculée par __________ ou par __________.
L’énergie consommée pendant une période se calcule par la différence des __________ du compteur : __________.
\( 1 \, \text{kWh} = \text{………} \, \text{Wh} = \text{………} \times 3600 \, \text{J} \).
🔋Exercice 4 : Applications de l’énergie électrique
🔧Problèmes à résoudre :
Une lampe de puissance 60 W fonctionne pendant 2 heures. Calcule l’énergie électrique consommée en wattheure (Wh) et en joule (J).
Un radiateur électrique de puissance 1500 W fonctionne pendant 3 heures. Calcule l’énergie consommée en kilowattheure (kWh) et en joule (J).
Un téléviseur de puissance 120 W fonctionne pendant 5 heures par jour. Calcule l’énergie consommée en kWh pendant un mois (30 jours).
Un chauffe-eau de résistance 30 Ω est traversé par un courant de 8 A pendant 2 heures. Calcule l’énergie consommée en wattheure (Wh).
Une lampe fonctionne sous une tension de 12 V et est traversée par un courant de 0,5 A pendant 3 heures. Calcule l’énergie consommée en joule (J).
Un compteur électrique a une constante \( C = 500 \, \text{Wh/tr} \). Le disque effectue 12 tours. Calcule l’énergie consommée en kWh.
Le relevé du compteur d’une maison indique : Ancien index = 2450 kWh, Nouvel index = 2580 kWh. Calcule l’énergie consommée pendant la période.
Un four électrique de puissance 2,4 kW fonctionne pendant 45 minutes. Calcule l’énergie consommée en kWh et en joule.
🔌Exercice 5 : Conducteur ohmique et énergie électrique
On applique une tension \( U = 24 \, \text{V} \) aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance \( R = 9,6 \, \Omega \) pendant 8 minutes.
Calculer l’intensité du courant électrique passant par le conducteur ohmique.
Calculer en joule (J) l’énergie électrique consommée par ce conducteur ohmique.
🧹Exercice 6 : Aspirateur et compteur électrique
Une maison dispose d’un aspirateur qui porte les caractéristiques (220 V – 1200 W).
La constante du compteur de la maison est : \( C = 3 \, \text{Wh/tr} \), sachant que cet aspirateur fonctionne une demi-heure par jour.
Calculer l’énergie consommée par cet appareil chaque jour en Wh, en kWh, puis en joule (J).
Déduire le nombre de tours effectués par le disque du compteur pendant le fonctionnement de l’aspirateur.
Calculer en kWh l’énergie électrique consommée par l’aspirateur pendant un mois (30 jours).
Donner le prix mensuel de cette consommation sachant que le prix unitaire de \( 1 \, \text{kWh} \) est \( 1,022 \, \text{dh} \).
👕Exercice 7 : Fer à repasser et compteur électrique
On fait fonctionner un fer à repasser de puissance nominale \( P = 1 \, \text{kW} \) à l’aide d’une prise de courant domestique \( (U = 220 \, \text{V}) \) pendant une demi-heure.
On donne : constante du compteur \( C = 2,5 \, \text{Wh/tr} \).
Calculer l’intensité efficace du courant qui traverse cet appareil lors de son fonctionnement normal.
Calculer en joule (J) puis en kilowattheure (kWh) la valeur de l’énergie consommée par le fer à repasser.
Pendant cette demi-heure, le disque du compteur a effectué \( 200 \, \text{tours} \). Est-ce que le fer à repasser a été branché en même temps avec d’autres appareils ? Justifier votre réponse.
📺Exercice 8 : Énergie électrique – Télévision, Lampe, Chauffe-eau
📺 1. Télévision (220 V – 30 W)
Que signifient les indications (220 V – 30 W) ?
Calculer l’intensité du courant \( I \) qui traverse la télévision.
💡 2. Lampe (100 W) pendant 2 heures
Quelle énergie électrique consomme-t-elle en joules (J) et en wattheure (Wh) ?
Le \( 1 \, \text{kWh} \) est facturé \( 0,8 \, \text{dh} \). Quel est le prix de ce fonctionnement ?
🛁 3. Chauffe-eau (1,2 kW – 220 V)
Que signifient les indications (1,2 kW – 220 V) ?
Quelle est l’intensité du courant électrique \( I \) qui passe dans la résistance du chauffe-eau ?
Quelle énergie électrique consommée en joules (J) et en kWh sachant qu’elle fonctionne pendant 30 minutes ?
Calculer la valeur de la résistance \( R \) du chauffe-eau.
💡 4. Lampe (\( R = 60 \, \Omega \), \( I = 0,6 \, \text{A} \))
Calculer la puissance électrique consommée par la lampe.
🏠Exercice 9 : Installation domestique et compteur électrique
Dans une installation domestique (tension \( U = 220 \, \text{V} \)), on fait fonctionner les appareils suivants pendant 4 heures par jour pendant un mois (30 jours) :
- 4 lampes (100 W pour chaque lampe)
- Télévision (40 W)
- Réfrigérateur (160 W)
Le disjoncteur porte \( I_{\text{Max}} = 30 \, \text{A} \). Le compteur a effectué \( n = 36000 \, \text{tours} \).
Calculer l’énergie électrique consommée par les appareils électriques en kWh et en joule (J).
Compléter l’énergie dans le compteur (voir figure ci-dessous).
Le \( 1 \, \text{kWh} \) est facturé \( 0,8 \, \text{dh} \). Quel est le prix de ce fonctionnement ?
Sachant que le compteur fait \( n = 36000 \, \text{tours} \), calculer la constante du compteur \( C \).
Calculer l’intensité du courant \( I_{\text{totale}} \) qui circule dans le circuit.
Est-ce qu’on peut faire fonctionner tous les appareils en même temps sans interruption du courant électrique ? Justifier.
🏠Exercice 10 : Installation domestique et compteur électrique
Dans une installation domestique (tension \( U = 220 \, \text{V} \)), on fait fonctionner les appareils suivants 3 heures par jour pendant 10 jours :
- 6 lampes (20 W pour chaque lampe)
- Four (2 kW)
- Télévision (200 W)
On donne : constante du compteur \( C = 2 \, \text{Wh/tr} \).
Calculer la puissance totale des appareils \( P_{\text{totale}} \).
Calculer l’énergie électrique consommée par les appareils électriques en wattheure (Wh) et en joule (J).
Le \( 1 \, \text{kWh} \) est facturé \( 0,8 \, \text{dh} \). Quel est le prix de ce fonctionnement ?
Sachant que \( C = 2 \, \text{Wh/tr} \), calculer le nombre de tours \( n \) du compteur pendant ce fonctionnement.
L’énergie électrique – exercices corrigés 3AC