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⚗️ Physique-Chimie3èmeCours
Puissance et énergie en électricité
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Cours
Puissance et énergie en électricité
1. La puissance électrique
Définition
La puissance électrique mesure la quantité d'énergie qu'un appareil utilise (ou produit) chaque seconde. Plus un appareil est puissant, plus il consomme d'énergie rapidement.
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument |
|---|---|---|---|
| Puissance | P | Watt (W) | Wattmètre |
| Tension | U | Volt (V) | Voltmètre |
| Intensité | I | Ampère (A) | Ampèremètre |
La puissance nominale
La puissance nominale est celle indiquée par le fabricant sur l'appareil. Elle correspond au fonctionnement normal, sous la tension du secteur (230 V en France).
Exemple : une lampe marquée "60 W — 230 V" consomme 60 W quand elle est branchée sur le secteur à 230 V. L'intensité qui la traverse est alors :
I = P / U = 60 / 230 ≈ 0,26 A
Ordres de grandeur
| Appareil | Puissance approximative |
|---|---|
| Chargeur de téléphone | 5 – 20 W |
| Lampe LED | 10 W |
| Ordinateur portable | 60 W |
| Aspirateur | 1 500 W |
| Four électrique | 2 500 W |
| Plaque à induction | 7 000 W |
2. L'énergie électrique
De la puissance à l'énergie
La puissance dit à quelle vitesse l'énergie est utilisée. L'énergie dit combien au total a été consommé pendant une durée donnée.
Les deux systèmes d'unités
Conversion : 1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 × 10⁶ J
Piège brevet : il faut toujours vérifier que les unités sont cohérentes. Si P est en W et t en heures, il faut convertir t en secondes (ou P en kW) avant de calculer.
3. Calculer une consommation et une facture
Méthode
Exemple : le four électrique
Un four de 2 500 W = 2,5 kW fonctionne pendant 1h30 = 1,5 h. Le prix du kWh est 0,25 €.
- Énergie : E = P × t = 2,5 × 1,5 = 3,75 kWh
- Coût : 3,75 × 0,25 = 0,94 €
Exemple brevet : comparaison de deux appareils
Un radiateur de 2 000 W fonctionne 5 h par jour. Un sèche-linge de 3 000 W fonctionne 1 h par jour. Lequel coûte le plus cher par jour ? (Prix du kWh : 0,25 €)
Radiateur : E = 2,0 × 5 = 10 kWh → Coût = 10 × 0,25 = 2,50 €/jour
Sèche-linge : E = 3,0 × 1 = 3 kWh → Coût = 3 × 0,25 = 0,75 €/jour
Conclusion : le radiateur coûte plus cher malgré une puissance plus faible, car il fonctionne beaucoup plus longtemps. C'est la durée qui fait la différence, pas seulement la puissance.
Le compteur électrique (Linky) mesure l'énergie totale consommée par le foyer en kWh. C'est cette valeur qui apparaît sur la facture.
4. Efficacité énergétique et étiquettes énergie
Deux appareils peuvent rendre le même service en consommant des quantités d'énergie très différentes.
Exemple concret : un réfrigérateur classe A consomme ~100 kWh/an, un classe F ~400 kWh/an. Sur 10 ans, la différence est de 3 000 kWh, soit 750 € d'économie (à 0,25 €/kWh) !
5. La sécurité électrique domestique
Les dispositifs de protection
La puissance maximale d'une multiprise
Chaque multiprise a une puissance maximale (souvent 3 500 W). Il ne faut jamais dépasser cette limite, sinon les fils s'échauffent → risque d'incendie.
Exercice type brevet : la multiprise
Une multiprise supporte au maximum 3 500 W. On veut y brancher un aspirateur (1 500 W), un fer à repasser (2 200 W) et un chargeur (20 W). Est-ce possible ?
Calcul : P_totale = 1 500 + 2 200 + 20 = 3 720 W
Conclusion : 3 720 W > 3 500 W → Non, c'est dangereux. Il faut retirer un appareil (par exemple le fer à repasser) pour rester sous la limite.
Calculer l'intensité dans un fil
On peut aussi vérifier avec l'intensité. Sous 230 V :
I = P / U = 3 720 / 230 ≈ 16,2 A
Si le fusible de la prise est de 16 A, il va sauter (16,2 > 16). C'est le rôle du fusible : protéger le circuit.
6. Exercices type brevet
Exercice 1 : calcul d'énergie en joules
Un radiateur de 1 500 W fonctionne pendant 20 minutes. Quelle énergie a-t-il consommée en joules ?
Données : P = 1 500 W ; t = 20 min = 20 × 60 = 1 200 s
Formule : E = P × t
Calcul : E = 1 500 × 1 200 = 1 800 000 J = 1,8 MJ
Exercice 2 : calcul de facture
Un lave-linge de 2 200 W fonctionne 1h15 par cycle, 4 fois par semaine. Quel est le coût mensuel ? (Prix du kWh : 0,25 €)
Données : P = 2,2 kW ; t = 1,25 h/cycle ; 4 cycles/semaine ; 4 semaines/mois
Énergie par mois : E = 2,2 × 1,25 × 4 × 4 = 44 kWh
Coût : 44 × 0,25 = 11,00 €/mois
Exercice 3 : retrouver une intensité
Un micro-ondes de 900 W est branché sur le secteur à 230 V. Quelle intensité le traverse ?
Formule : I = P / U
Calcul : I = 900 / 230 ≈ 3,9 A
📌 À retenir
- Puissance : P = U × I, en watts (W). C'est la vitesse de consommation de l'énergie.
- Énergie : E = P × t, en joules (J) ou en kWh. C'est la quantité totale d'énergie consommée.
- Unités : P en W et t en s → E en J. P en kW et t en h → E en kWh (unité des factures). 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J.
- Coût = E (kWh) × prix du kWh. C'est le compteur Linky qui mesure les kWh.
- Étiquettes énergie (A à G) : un appareil classe A consomme beaucoup moins qu'un classe F.
- Sécurité : disjoncteur différentiel (protège les personnes), fusibles (protègent les circuits), fil de terre (évacue les fuites).
- Multiprise : ne jamais dépasser la puissance maximale (souvent 3 500 W). Additionner les puissances pour vérifier.
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