Au programme de ce chapitre
- I. L'énergie et ses transferts
- II. La puissance
- III. Rendement et pièges
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition L'énergie est ce qui permet de produire un changement : mettre en mouvement, soulever, chauffer, éclairer… Elle s'exprime en joules (J). Elle existe sous différentes formes (cinétique, potentielle, thermique, chimique, électrique, rayonnante, nucléaire) et se transfère d'un système à un autre par travail, par chaleur, par rayonnement ou par courant électrique.
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Un exemple corrigé
Exemple Le moteur d'un ascenseur soulève une cabine chargée de 600 kg de 12 m en 20 s. Travail : W = m × g × h = 600 × 9,81 × 12 = 70 632 J. Puissance : P = 70 63220 ≈ 3 530 W, soit environ 3,5 kW.
Lexique
- énergie
- grandeur qui permet de produire un changement, en joules
- puissance
- énergie transférée par seconde, en watts
- kilowattheure (kWh)
- unité d'énergie : 3,6 millions de joules
- rendement
- part de l'énergie consommée qui est réellement utile
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — les minutes ne sont pas des secondes. Dans P = E / Δt, la durée doit être en secondes. Une pompe qui travaille 2 min a Δt = 120 s, pas 2 s : en oubliant la conversion, tu obtiens une puissance 60 fois trop grande.
Piège — puissance utile ou puissance consommée ? Avec un rendement, ne divise pas dans le mauvais sens. L'énergie consommée est toujours la plus grande : E consommée = E utile / η. Si ton résultat « consommé » est plus petit que le « utile », tu as inversé.
Attention Ne confonds pas le kW (unité de puissance) et le kWh (unité d'énergie). Sur la facture d'électricité, on paie des kWh : un appareil de 2 kW qui fonctionne 3 heures consomme 2 × 3 = 6 kWh.
L'astuce du prof
Astuce — travaille directement en kW et en heures. Pour un cout d'électricité, écris la puissance en kW et la durée en h : le produit est déjà en kWh. Une bouilloire de 2 kW pendant 0,05 h consomme 0,1 kWh, sans jamais passer par les joules.
Exercices corrigés
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Exercice 1 — Le radiateur électrique
Un radiateur de 1 500 W fonctionne pendant 2,0 h. Calcule l'énergie qu'il consomme en kWh, puis en joules.
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Je passe la puissance en kW : 1 500 W = 1,5 kW. Alors E = 1,5 × 2,0 = 3,0 kWh. En joules : 3,0 × 3 600 000 = 10 800 000 J, soit 10,8 MJ.
Exercice 2 — La consommation de la journée
Relevé de la consommation d'un ménage un jour donné :
Calcule l'énergie consommée par chaque appareil en kWh, le total, et le cout avec un prix de 0,32 € le kWh.
| Appareil | Puissance | Durée |
|---|---|---|
| Lave-linge | 1 800 W | 1,5 h |
| Ordinateur | 60 W | 4,0 h |
| Lampe | 10 W | 5,0 h |
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Lave-linge : 1,8 × 1,5 = 2,70 kWh. Ordinateur : 0,060 × 4,0 = 0,24 kWh. Lampe : 0,010 × 5,0 = 0,05 kWh. Le total vaut 2,99 kWh, ce qui coute 2,99 × 0,32 ≈ 0,96 €. On voit que le lave-linge pèse à lui seul plus de 90 % de la consommation.