11H – MEP – Puissance et rendements

Posté le 20.09.2017 |


Objectifs:

  • Connaître le vocabulaire
  • Identifier les formes des énergies mises en jeu dans une chaîne de transformations d’énergies
  • Pour un transformateur d’énergie donné ou observé :
    • identifier les formes des énergies consommées, utiles et perdues;
    • tracer son schéma énergétique.
  • Connaître la définition
    • du rendement énergétique
    • de la puissance
  • Connaître les unités usuelles
    • de l’énergie et leurs conversions
    • de la puissance et leurs conversions
  • Savoir calculer
    • un rendement énergétique
    • une puissance
  • Déterminer expérimentalement la puissance d’un appareil électrique.

 

Théorie:

  • Puissance

La plupart des transformations d’énergie s’opèrent au cours du temps. Par exemple, le carburant d’une voiture se consomme petit à petit pour fournir au véhicule de l’énergie mécanique. L’énergie cinétique d’un objet lancé sur un plan horizontal se transforme petit à petit en énergie thermique, par les frottements.

Supposons que pendant un intervalle de temps t, une énergie E soit transformée. Le rapport de l’énergie au temps définit la puissance moyenne :

P=\frac{E}{t}

  • P : puissance en [W] (Watt)
  • E : variation d’énergie en [J]
  • t : temps en [s]

 

  • Les chaînes énergétiques et le rendement énergétique

Lorsqu’on transforme une énergie en une autre, il arrive souvent qu’il apparaisse de l’énergie sous une troisième forme. Par exemple, le moteur de trolleybus transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique. Mais le passage du courant électrique dans les bobinages du moteur et les frottements sur les parties mobiles amènent une perte d’énergie sous forme de chaleur (énergie thermique). L’énergie électrique consommée par le moteur se transforme donc en énergie mécanique et en chaleur. Relativement au but que le moteur doit atteindre, les deux formes d’énergie obtenues peuvent être qualifiées d’énergie utile et d’énergie perdue.

D’après le principe général de conservation de l’énergie

E_{c}=E_{u}+E_{p}

  • Ec : énergie consommée en [J]
  • Eu : énergie utile en [J]
  • Ep : énergie perdue en [J]

Il est certain que l’énergie consommée par une machine quelconque est toujours égale à la somme de l’énergie utile et de l’énergie perdue (pour autant qu’il ne s’agisse pas d’une machine capable d’emmagasiner de l’énergie, pour la libérer à un autre moment !). Le rapport de l’énergie utile à l’énergie consommée exprime la qualité de la transformation. On lui donne le nom de rendement et on le désigne par η

\eta=\frac{E_{u}}{E_{c}}

  • η :  rendement énergétique
  • Eu : énergie utile en [J]
  • Ec : énergie consommée en [J]

Ce rapport peut varier de 0 à 1.

Remarque :      le rendement est aussi donné par le rapport de la puissance utile à la puissance consommée

 

Exercices distribués en classe :

puissance et rendement : série 1

 

Exercices supplémentaires :

puissance et rendement : série 1

Prétest :