Énergie et rendement

Exercice 1

Mots croisés

Composant électrique t qui transforme l'énergie électrique en énergie mécanique  
MOTEUR

Dipôle qui fournit l'énergie dans un circuit
GENERATEUR

Suite de conducteurs électriques reliés entre eux
CIRCUIT

Réseau électrique à deux bornes
DIPOLE

Se dégage lors du passage d'un courant électrique dans un conducteur.  
CHALEUR

Appareil qui mesure la puissance électrique    
WATTMETRE

Unité de puissance
WATT

Unité d'énergie
JOULE

Autre unité  d'énergie    
KILOWATTHEURE

Quantité de travail fournie ou susceptible d'être fournie par unité de temps
PUISSANCE

Capacité de faire un travail     
ENERGIE

Relie l'intensité à la tension dans la loi d'Ohm    
RESISTANCE

Est mesurée par le compteur électrique          
FACTURE

Processus par lequel l'énergie électrique est transformée en énergie thermique.

EFFET JOULE
Appareil qui permet de mesurer l'énergie ou la puissance reçues par un récepteur  
JOULEMETRE

Dipôle fournissant de l'énergie électrique à un circuit.  
GENERATEUR

Grandeur liée à la quantité d'électrons circulant dans un circuit en un temps donné.
INTENSITE

Façon de connecter des dipôles lorsque ceux-ci sont reliés les uns à la suite des autres   
SERIE

Rapport entre l'énergie utile et l'énergie consommée   
RENDEMENT

Forme d'énergie qui résulte du mouvement des charges électrique  
ELECTRICITE

Exercice 2

Choisir la bonne réponse

1. L'énergie cinétique d'une balle de golf de masse $m=100g$ et d'une vitesse de $36.0km{\cdot }^{-1}$ vaut :

a. $6.00J$

b. $5.00\cdot {10}^{3}J$
                                                   
c. $64.8J$
                                              
2. L'énergie cinétique d'un système est multipliée par $2$ si :

a. sa vitesse est multipliée par $4.$

b. sa vitesse est multipliée par $2$

c. sa masse est multipliée par $4.$

3. L'énergie potentielle de pesanteur d'un plongeur de masse $m=100kg$ situé à $20m$

sous le niveau de la mer, en prenant le niveau de la mer pour référence des énergies potentielles, vaut :

a. $-2.0{\cdot }^{4}J$

b. $2.0\cdot {10}^{4}J$

c. $2.0\cdot {10}^{3}J$
                                                       
4. L'énergie potentielle de pesanteur est nulle :

a. au niveau de la mer.                                 

b. à une hauteur de référence arbitrairement choisie.

c. obligatoirement au plus bas d'une trajectoire.

5. L'énergie potentielle de pesanteur d'un corps est proportionnelle à :

a. sa vitesse de chute.                                    

b. sa masse.                

c. la poussée d'Archimède.

6. L'énergie mécanique d'un corps est proportionnelle à :

a. son énergie cinétique.                  

b. son énergie potentielle de pesanteur.                   

c. sa masse.

7. Quelle est l'énergie renouvelable la plus rentable ?

a. Énergie nucléaire      

b. Énergie hydraulique          

c. Énergie éolienne      

d. Énergie fossile

8. Quelle est l'énergie issue de la combustion des déchets organiques ?

a. Énergie de la biomasse          

b. Énergie hydraulique      

c. Énergie solaire  

d. Énergie géothermique

9. Le « cheval-vapeur » est une unité

a. d'énergie                       

b. de puissance      

c. de force                          

d. de vitesse

10. La tonne équivalent pétrole (Tep) est unité

a. d'énergie                       

b. de puissance  

c. de force           

d. de longueur

11. Quelle énergie est liée à la vitesse d'un objet ?

a. L'énergie de position                    

b.  L'énergie thermique      

c. L'énergie cinétique

Exercice 3

1. L'énergie potentielle est d'origine chimique

a. Vrai                                                                                                

b. Faux

Haut du formulaire

2. Bas du formulaire

La plupart des énergies sont d'origine solaire

a. Vrai                                                                                                

b. Faux

3. Haut du formulaire

Bas du formulaire

La production d'énergie d'origine hydraulique utilise à son origine :

a. l'énergie potentielle                                                         

b. l'énergie chimique                                         

4. Haut du formulaire

Bas du formulaire

La production d'énergie d'origine éolienne utilise à son origine :

a. l'énergie potentielle                      

b. l'énergie chimique                      

c. l'énergie cinétique   
    
5. Haut du formulaire

Bas du formulaire

Le solaire thermique sert à produire de l'électricité

a. Vrai                                                                                                

b. Faux

6. Haut du formulaire

Bas du formulaire

La récupération d'énergie d'origine géothermique se fait toujours à grande profondeur

a. Vrai                                                                                                

b. Faux

7. Haut du formulaire

Bas du formulaire

Le pétrole est une énergie fossile issue de la décomposition :

a. de la biomasse végétale                                         

b. de matière organique en milieu marin
     
c. de la décomposition du pétroquartz                  

8. Haut du formulaireBas du formulaireLe gaz naturel est-il une énergie fossile

a. Oui                                                                                            

b. Non

9.Haut du formulaire

Bas du formulaire

Bas du formulaire

Le terme d' « agrocarburant » peut-il se substituer à celui de « biocarburant » ?

a. Vrai                                                                                                

b. Faux

10. On utilise un radiateur électrique de $2kW$ pendant $12h$, que vaut l'énergie électrique $E$ consommée par ce radiateur pendant le temps $t$ ?

a. environ $6000J$

b. environ $24kWh$

c. environ $6kJ$

d. environ $6Wh$

e. environ $24000J$
                                                               
11. Quel est le rendement d'une machine qui fournit $1000W$ et absorbe $1.5k\cdot W$?

a. $34\mathrm{\%}$

b. $150\mathrm{\%}$                                                                                 
                                                                                                                                                                            
c. $15\mathrm{\%}$

d. $66\mathrm{\%}$
                                                                                                            
Exercice 4

1. De quel type sont les appareils électriques?

a. conducteurs                                                              

b. générateurs       

c.  récepteurs

2. Si un appareil est utilisé en surtension, que reçoit-il comme puissance?

a. il reçoit une puissance inférieure à sa puissance nominale    

b. il reçoit une puissance supérieure à sa puissance électrique    

c.il reçoit une puissance supérieure à sa puissance nominale

3. Que risque un appareil qui est utilisé en surtension?

a. une coupure instantanée    

b. la détérioration                                  

c. une étincelle

4. Quelle est l'intensité efficace du courant traversant le filament d'une lampe

lorsqu'elle est branchée sur le secteur? $(P=78W)$ et $U=230V$

a. $0.33$  

b. $17250A$

c. $3.1A$
                                                         
5. Énergie consommée $E$, puissance reçue $P$ et durée de fonctionnement $t$ sont liées par quelle relation?

a. $E=Pt$

b. $P=Et$

c. $E=P/t$
                                                                                                       
6. Sur une facture d'électricité, l'énergie consommée est exprimée en

a. kilowattheure       

b. joule     

c. wattheure

7. Qu'est-ce que la puissance électrique nominale?

a. puissance pour laquelle tout appareil fonctionne correctement et reçoit une certaine puissance électrique

c. puissance pour laquelle tout appareil fonctionne correctement et reçoit une énergie    

d. puissance identique à tous les appareils

8. Une lampe de phare d'une automobile a une puissance de $45W.$

L'énergie consommée par la lampe pour une durée de fonctionnement de trois heures est :

a. $15J$

b.$135J$

c.$135Wh$
                                    
9. Quel appareil comptabilise l'énergie électrique consommée par les appareils d'une installation?

a. compteur électrique    

b. ventilateur      

c. moteur électrique

10. A quoi est égal $1Wh$ ?

a. $60J$

b. $3600s$

c. $3600J$
                                                                    
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Exercice 5

Complète le tableau par ce qui convient

$\begin{array}{|cccc|}\hline \text{Grandeur physique }& \text{Symbole de la grandeur}& \text{Son unité}& \text{Symbole de l’unité}\\ textTensionélectrique& & & \\ & I& & \\ & & & J\\ & & \text{Watt}& \\ \hline\end{array}$

Exercice 6

$QCM$ sur l'énergie électrique

1. L'énergie consommée par un appareil électrique est proportionnelle :

a. à sa durée de fonctionnement.                                                    

b. à sa puissance électrique.

c. à l'inverse de sa puissance électrique

2. La puissance électrique reçue par un récepteur :

a. dépend de l'intensité dans le circuit.                                    

b. dépend du temps de fonctionnement.

c. dépend de la tension dans le circuit.                                    

d. est exprimée en Watt $(W).$

3. La tension entre les bornes d'un générateur est de $20V$

Il est parcouru par un courant d'intensité $10A$
 

Le temps de fonctionnement est de $10$ minutes.

La puissance électrique fournie est :

a. $200J$

b. $200W$

c. $2000J$

d. $0.2KW$

4. La tension entre les bornes d'un générateur est de $20V$
 

Il est parcouru par un courant d'intensité $10A$

Le temps de fonctionnement est de $10$ minutes.

L'énergie électrique fournie est :

a. $200J$

b.$120W$

c. $120W$

d. $2000J$
                                                                           
5. L'effet joule :

a. est une conversion d'énergie thermique en énergie électrique.

b. est une conversion d'énergie électrique en énergie thermique.

c. existe dès qu'un appareil électrique est en fonctionnement.

d. est associé au passage du courant électrique dans un conducteur.

6. La puissance dissipée par effet Joule se calcule grâce à la relation :

a. $P=R{I}^2$

b. $P=R{U}^2$

c. $P=RUI$
                                                                                                            
7. Un convertisseur a un rendement de $70\mathrm{\%}$

Cela signifie que :

a. $30\mathrm{\%}$ de l'énergie reçue est convertie en énergie utile.

b. $70\mathrm{\%}$ de l'énergie reçue est convertie en énergie utile.

c. $70\mathrm{\%}$ de l'énergie reçue est dissipée.                                 

d. $30\mathrm{\%}$ de l'énergie reçue est dissipée.

8. Choisir la (ou les) relation $(s)$

correcte $(s)$ liant la puissance $P$ et l'énergie $E.$

a. $E=P.t$
                                              
b. $P=E\cdot t$

c. $P={\displaystyle \frac{E}{t}}$
                
9.  le rendement est:

a. le rapport de la puissance fournie sur la puissance absorbée

b. le rapport de la puissance absorbée sur la puissance fournie

c. le rapport de l'énergie fournie sur l'énergie absorbée

d. le rapport de l'énergie absorbée sur l'énergie fournie

10. La calorie (Cal) est une unité de mesure de:

a. la tension                                                    

b. du courant                                     

c. de la puissance

d. de l'énergie

e. de la vitesse                                   

f. de la chaleur

Exercice 7

La pile d'une montre électrique se vide en libérant une quantité d'électricité de $Q=187C$

La pile débite un courant d'intensité $2\cdot {10}^{-3}mA$

On suppose qu'elle fonctionne de façon continue.

1. Calcule la quantité d'électricité débitée par la pile pendant un jour.

2. Calcule, en jours puis en années, la durée de fonctionnement de la pile.

3. On suppose que la tension aux bornes du circuit alimenté par la pile reste égale à $1V$

Calcule l'énergie électrique consommée par jour dans ce circuit

Exercice 8

Sur un chauffe-eau électrique, on peut lire : $220V$ ; $1500W$

1. Que signifient ces indications ?

2. Calcule l'intensité électrique traversant ce chauffe-eau.

3. Calcule la résistance de l'élément chauffant.

Exercice 9

On lit sur lampe les valeurs suivantes $12\text{○},V-45W$

1. Donne la signification  de ces deux valeurs

2. Calcule l'intensité du courant lorsque le fonctionnement de la lampe est normal.

3. En utilisant la loi d'Ohm, calcule la résistance à cette lampe

Exercice 10

On fait fonctionner un fer à repasser de puissance nominale $P=1kW$ à l'aide d'une prise de courant domestique $\left(220V\right)$ pendant une demi-heure.

1. Calcule l'intensité efficace du courant qui traverse cet appareil pendant qu'il fonctionne de façon normale.

2. Calcule en joule et en $kWh$ la valeur d'énergie consommée par le fer à repasser.

3. Pendant cette demi-heure, le disque du compteur a effectué $200$ tours.

Est-ce que le fer à repasser a été branché en même temps avec d'autres appareils ?

Justifie.

On donne : $C=2.5Wh/tr$

Exercice 11

Un élève passe un aspirateur de puissance $1300W$ dans sa chambre, pendant $8$ minutes.

1. Calcule en joule puis en $kWh$ l'énergie électrique consommée par  cet appareil pendant la durée du nettoyage.

2. Ce même élève révise son chapitre de sciences physiques pour le prochain contrôle pendant $1$ heure et $30$ minutes.

Pour cela, il s'éclaire avec une lampe de bureau de $60W.$
 
Calcule en $kWh$ puis en joule l'énergie électrique consommée par  cette lampe pendant cette révision.

3. Calcule le prix de cette séance de nettoyage et de révision  sachant que le prix d'un kilowattheure est de $150F$ CFA

Exercice 12

Un téléviseur fonctionne $275$ jours par an à raison de $3$ heures par jour.

Il le laisse en veille le reste du temps, c'est à dire $21$ heures par jour pendant $275$ jours et $24$ heures par jour pendant les $90$ jours restant dans l'année.
 
La puissance du téléviseur est de $100W$ quand il fonctionne et de $20W$ quand il est en veille.

1. Calcule l'énergie électrique consommée par le téléviseur en fonctionnement pendant une année.
 
2. Calcule l'énergie électrique consommée par le téléviseur en veille pendant une année.
 
3. Déduis le coût de l'économie qu'il réaliserait chaque année en éteignant son téléviseur sachant que le prix du kilowattheure est de $150F$ CFA

Exercice 13

1. Sur l'emballage d'une télévision, on lit $(220V,30W)$
 
1.1. Que signifient ses indications

1.2. Calcule l'intensité de courant $I$ qui traverse la télévision

2. Une lampe de puissance $100W$ fonctionne pendant $2H$

2.1. Quelle énergie électrique consomme-t-elle en joules et en wattheure

2.2. Le $1kWh$ est facturé $150F$ CFA, quelle est le prix de ce fonctionnement
3. La plaque signalétique d'une chauffe d'eau indique $(1.2kW-220V)$
 
3.1. Que signifient ses indications $(1.2kW-220V)$
 
3.2. Quelle est l'intensité de courant électrique $I$ qui passe dans la résistance de chauffe d'eau

3.3. Quelle énergie électrique consommée en Joules $(J)$ et en $kWh$ sachant quelle fonction pendant $30$ min

3.4. Calcule la valeur de la résistance $R$ de chauffe d'eau

4. Une lampe de résistance $60\mathrm{\Omega }$ est traversée par un courant continu d'intensité $0.6A$

Calcule La puissance électrique consommée par la lampe

Exercice 14

Dans une installation domestique $\left(220V\right)$ une famille fait fonctionner chaque jour :

$\bullet$Un téléviseur $(I_1=0.4A;P_1=88W)$

$\bullet$Machine à laver de puissance $P_2=0.44W$

$\bullet$Un lustre composé de $5$ lampes identiques, chaque lampe est caractérisée d'une intensité nominale $(I_2=0.4A)$

$\bullet$Un chauffe-eau $(I_4=4.5A;P_4=990W)$

1. Calcule l'intensité de courant $I_2$ qui traverse la machine à laver.

2. Calcule la résistance $R$ du chauffe-eau.

3. Calcule la puissance électrique $P_L$ de chaque lampe du lustre puis la puissance électrique du lustre $P_3.$

4. Calcule la puissance totale PT de tous les appareils.

5. Sachant que le disjoncteur est réglé sur une intensité maximale $I_{\text{max}}=35A$, est-il possible d'utiliser simultanément tous ces appareils ?

Justifie la réponse

Exercice 15

Une installation domestique comporte les appareils suivants :

$-4$lampes de $36W$ chacune fonctionnant en moyenne $5$ heures par jour

$-$un poste téléviseur de $120W$ fonctionnant en moyennes $6$ heures par jour.

$-$un réfrigérateur de $150W$ fonctionnant $10$ heures par jour.

1. Calculer en $kWh$ la consommation énergétique journalière de ce ménage.

2. Calculer la consommation énergétique mensuelle pour un mois de $30$ jours.

Exercice 16

Sur une facture de SONABEL un utilisateur peut lire :

Ancien index : $3102kWh$

Nouvel index : $3216kWh$

Tarif : $90F/kWh$

Redevance : $381F$

Prime fixe : $1470F$

1. Déterminer la consommation d'énergie facturée.

2. Calculer le montant total de la facture.

Exercice 17

Un appareil électrique fonctionne seul, pendant $10$ minutes le disque du compteur enregistrant la consommation de l'installation effectue $8$ tours.

1. Le compteur porte l'indication $5Wh$ /tour Que signifie-t-elle ?

2. Calculer l'énergie transformée par l'appareil électrique.