Activité 04

Contenus à projeter

CHAPITRE #3 : De la loi d’ohm à la puissance électrique

Activité 04 : Calculer expérimentalement la puissance d’un appareil.

Une ingénieure qualité doit contrôler une bouilloire en sortie de chaîne de fabrication. Il doit notamment vérifier que les informations sur la puissance de cet appareil soient correctes. Elle lit sur l’étiquette : “900W “.

Problématique : Comment retrouver expérimentalement la puissance de cette bouilloire ?

Document 1 : Lien entre puissance et énergie   L’énergie que convertit un dispositif (micro-onde, lampe, moteur, alternateur, etc.) est proportionnelle à sa durée de fonctionnement et à sa capacité de conversion, aussi appelée puissance. Cela s’écrit :   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    Ainsi, plus la puissance d’un dispositif est importante et plus l’énergie qu’il convertit en une durée donnée est importante.

Document 2 :  Un bon réservoir d’énergie thermique   L’eau est une substance qui stocke bien l’énergie thermique. Il faut en effet apporter environ 4180 J à un litre d’eau pour chaque degré d’augmentation de sa température.

Document 3 : Les unités d’énergie.   Unité dans le système international : le Joule (J)   autres unités : le kilocalorie (kCal) le kiloWattheure (KWh)

 

 

Problématique : Comment retrouver expérimentalement la puissance de cette bouilloire ?

 

Analyse des documents :

Puisque E = P x t, pour avoir accès à la puissance P, il faut connaître

– le temps de t de fonctionnement de la bouilloire ; on devra mesure un temps

– l’énergie E consommée, le document 2 nous informe du lien entre l’énergie stockée par l’eau et sa variation de température : on devra mesurer des températures.

 

Protocole :

– Insérer dans la bouilloire, 1 litre d’eau et mesurer sa température.

– Allumer la bouilloire et déclencher un chronomètre.

– Au bout d’un temps, mesurer simultanément la température et la durée de fonctionnement.

 

Résultats de mesures :

 

Analyses des résultats :

Energie stockée par l’eau :

+1 °C de 1 litre d’eau	4180 J
+ 41 °C de 1 litre d’eau	???? J

 

Nous sommes faire à une situation de proportionnalité, ainsi l’énergie stockée  Estockée est égale à :

Estockée = 4180 x 41 ÷ 1 = 171380 J.

 

Si l’on suppose que toute l’énergie électrique consommée est transférée à l’eau alors :

Econsommée = 171380 J.

 

Puisque E = P x t alors P = E  ÷  t

P = 171380 ÷ 220

P = 779 W

 

Interprétation :

Comparons la puissance déterminée expérimentalement à la puissance fournie par le constructeur.

900 ÷ 779 = 1,15, soit un écart de 15% à la valeur constructeur. 

Cet écart est le fait de notre raisonnement : “toute l’énergie électrique consommée est transférée à l’eau”.

Une telle affirmation est fausse ou à défaut très approximative. En effet le bilan énergétique de la bouilloire est le suivant :

Pour améliorer nos valeurs, il faut imaginer un protocole où l’on minimise les pertes d’énergie thermique.

 

 

Conclusion :

Compte tenu du défaut de notre protocole expérimental, on peut conclure à un fonctionnement correct de la bouilloire.