Exercices sur l'énergie et la puissance

Date : _______________
Nom : _______________________________________
Groupe : _____________ Résultat : ________ / 76
Exercices sur l’énergie et la puissance
Module 2 : Phénomènes électriques
Objectif terminal 4 : L’énergie électrique
1. Tu connais l’intensité du courant circulant dans un appareil ainsi que la différence de
potentiel à ses bornes. Quelle relation, parmi les suivantes, te permettra de déterminer la
puissance de cet appareil? ________ / 2
a)
2
UI P = b)
U
P =
I
c) P = UI
2. Parmi les unités suivantes, lesquelles sont des unités d’énergie? ________ / 2
a) W·h b) W c) J/s d) kJ
3. Sur l’autoroute, tu roules en voiture pendant une heure tout en écoutant de la musique. Si tu
connais la puissance du système de son de ta voiture en watts, comment calcules-tu l’énergie
consommée par ce dernier, en joules, durant cette période? ________ / 2
a) Tu convertis la durée en secondes et tu la multiplies par la puissance du système de son.
b) Tu convertis la puissance du système de son en chevaux-vapeur et tu la divises par la durée.
c) Tu convertis la durée en secondes et tu la divises par la puissance du système de son.
d) Tu multiplies la puissance du système de son avec la durée.
4. Vrai ou faux? 1 W équivaut à 1 J/s.
Réponse : ________________________ ________ / 2
5. Un kilowatt-heure équivaut à combien de joules?
Réponse : ________________________ ________ / 2
6. Si tu connais la puissance électrique consommée par un appareil électrique, es-tu capable de
déterminer l’intensité du courant qui y circule? ________ / 2
a) Oui, je n’ai pas besoin de renseignements supplémentaires.
b) Oui, si je connais la tension aux bornes de l’appareil ou sa résistance interne.
c) Oui, si je sais pendant combien de temps l’appareil a fonctionné.
d) Non, il n’y a aucun moyen.
7. Un tube à rayons X fonctionne à un courant de 7 mA et à une différence de potentiel de
80 kV. Quelle est sa puissance?
Réponse : ________________________ ________ / 4
8. Un élève a laissé un radio-réveil de 7 W allumé à plein volume de 7 h à 9 h. Quelle quantité
d’énergie a été utilisée? Donne ta réponse en kilojoules.
Réponse : ________________________ ________ / 4
9. Une tension de 120 V est appliquée à une chaufferette dont la résistance interne, lorsque
réchauffée, est de 14,4 W. À quel taux l’énergie électrique est-elle transformée en chaleur?
Réponse : ________________________ ________ / 4
10. De l’énergie thermique est produite dans une résistance à un taux de 100 W lorsque le
courant est de 3 A. Quelle est la valeur de la résistance?
Réponse : ________________________ ________ / 4
d)
P =
I
U
Exercices sur l’énergie et la puissance 1

11. Une résistance inconnue est branchée entre les bornes d’une pile de 3 V. L’énergie est alors
dissipée à un taux de 0,54 W. Cette même résistance est ensuite branchée entre les bornes
d’une pile de 1,5 V. À quel taux l’énergie est-elle dissipée maintenant?
Réponse : ________________________ ________ / 4
12. Une plinthe électrique de 1200 W est fabriquée pour fonctionner à une tension de 120 V.
a) Quelle est l’intensité du courant dans la plinthe?
Réponse : ________________________ ________ / 4
b) Quelle est la résistance de l’élément chauffant?
Réponse : ________________________ ________ / 4
13. Une ampoule incandescente de 100 W est utilisée pour éclairer l’extérieur d’une résidence.
a) Si elle reste allumée 8 h par nuit, combien aura coûté son utilisation au bout d’un an? Le coût
de l’énergie électrique est de 7 ¢/kW·h.
Réponse : ________________________ ________ / 4
b) Quelle aurait été l’économie d’argent si on avait remplacé l’ampoule incandescente par un
tube fluorescent compact de 13 W?
Réponse : ________________________ ________ / 4
14. Une calculatrice de 0,3 mW est alimentée par deux piles AA de 1,5 V chacune.
a) Quelle est l’intensité du courant circulant dans la calculatrice?
Réponse : ________________________ ________ / 4
b) Si chaque pile peut fournir un total de 15 390 J, pendant combien d’heures la calculatrice
peut-elle fonctionner sans arrêt?
Réponse : ________________________ ________ / 4
15. Quelle quantité d’énergie est dissipée à chaque seconde par une résistance de 50 W
parcourue par un courant de 0,3 A?
Réponse : ________________________ ________ / 4
16. Quelle quantité d’énergie une pile de 9 V peut-elle fournir à chaque seconde si elle est
utilisée dans un appareil de 0,0045 W?
Réponse : ________________________ ________ / 4
17. Votre dernier compte d’électricité indique que vous avez consommé 5120 kW·h au cours des
100 derniers jours. Quelle puissance moyenne, en watts, avez-vous utilisé au cours de cette
période?
Réponse : ________________________ ________ / 4
18. Un courant de 5 A circule dans un circuit alimenté par une pile de 6 V pendant 6 minutes. De
quelle quantité l’énergie chimique de la pile a-t-elle diminué?
Réponse : ________________________ ________ / 4
19. Un onduleur utilise la tension continue à 12 V de l’allume-cigarette d’une automobile pour
produire une tension alternative de 120 V pouvant alimenter des petits appareils électriques.
Si notre onduleur peut fournir un courant maximal de 2,5 A, combien d’ampoules de 60 W
peut-il alimenter?
Réponse : ________________________ ________ / 4
Exercices sur l’énergie et la puissance 2

Corrigé
1. c)
2. a) et d)
3. a)
4. Vrai
5. 3 600 000 J
Solution
6. b)
7. 560 W
Données
Exercices sur l’énergie et la puissance
Module 2 : Phénomènes électriques
Objectif terminal 4 : L’énergie électrique
⎛ 1000 W ⎞⎛
3600 s ⎞
1 kW ⋅ h⎜
⎟⎜
⎟
= 3600 000 W ⋅ s = 3600 000 J
1 kW
1h
⎝ ⎠⎝
⎠
I = 7 mA = 7 × 10
−3
U = 80 kV = 80 × 10
3
A
V
Solution
8. 50,4 kJ
Données
Solution
9. 1000 W
Données
P = UI
P = 80 × 10
3
V × 7 × 10
−3
P = 560 W
P = 7 W
∆t
= 9 h − 7 h = 2 h = 7200 s
E
P =
∆t
E = P∆t
E = 7 W × 7200 s
E = 50 400 J
E = 50,4 kJ
U = 120 V
R = 14,4 Ω
A
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 1

Solution
Ce que nous cherchons, c’est la puissance de l’appareil.
P =
2
U
P =
R
( 120 V )
14,4 Ω
P = 1000 W
2
10. 11,11 W
Données
P = 100 W
I = 3 A
Solution
P = RI
2
P
R =
2
I
100 W
R =
( 3 A )
2
R = 11,11 Ω
11. 0,135 W
Données
Solution
U
U
P
1
1
2
= 3 V
= 0,54 W
= 1,5 V
2
U
P =
R
2
U
R =
P
Puisque R a la même valeur dans les deux situations,
U
2
1
P
1
P
P
P
2
2
2
U
=
P
U
=
U
=
2
2
2
2
2
2
1
P
1
( 1,5 V )
2
( 3 V )
2
= 0,135 W
× 0,54 W
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 2

12. Données
a) 10 A
Solution
P = 1200 W
U = 120 V
P = UI
P
I =
U
1200 W
I =
120 V
I = 10 A
b) 12 W
Solution
U
P =
R
U
R =
P
R =
2
2
( 120 V )
1200 W
R = 12 Ω
2
13.
a) 20,44 $
Données
Solution
P = 100 W
∆t
= 8
Calcul de l’énergie consommée
Calcul du coût de cette énergie
h
jour
E
P =
∆t
E = P∆t
× 365 jours = 2920 h
E = 100 W × 2920 h
E = 292 000 W ⋅ h
E = 292 kW ⋅ h
C = 292 kW ⋅ h × 7
C
1
1
= 20,44 $
¢
kW⋅h
= 2044 ¢
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 3

) 17,78 $
Données
Solution
P = 13 W
∆t
= 8
Calcul de l’énergie consommée
Calcul du coût de cette énergie
h
jour
× 365 jours = 2920 h
E
P =
∆t
E = P∆t
E = 13 W × 2920 h
E = 37 960 W ⋅ h
E = 37,96 kW ⋅ h
Calcul de l’économie
C
C
2
2
= 37,96 kW ⋅ h × 7
= 2,66 $
∆C
= C
1
− C
¢
kW⋅h
∆C
= 20,44 $ − 2,66 $
∆C
= 17,78 $
2
= 266 ¢
14.
a) 0,1 mA
Données
P = 0,3 mW = 0,3 × 10
U = 2 × 1,5 V = 3 V
−3
W
Solution
b) 28 500 h
Données
P = UI
I =
P
U
0,3 × 10
I =
3 V
I = 1×
10
−4
I = 0,1mA
−3
A
W
E = 2 × 15 390 J = 30 780 J
P = 0,3 mW = 0,3 × 10
−3
W
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 4

Solution
15. 4,5 J
Données
Solution
Calcul de la puissance
E
P =
∆t
E
∆t
=
P
30 780 J
∆t
=
−3
0,3 × 10 W
∆t
= 1,026 × 10
∆t
= 28 500 h
R = 50 Ω
I = 0,3 A
∆t
= 1 s
8
s
P = RI
2
P = 50 Ω ×
P = 4,5 W
( 0,3 A )
2
Calcul de l’énergie dissipée
16. 4,5 mJ
Données
Solution
E
P =
∆t
E = P∆t
E = 4,5 W × 1 s
E = 4,5 J
U = 9 V
P = 0,0045 W
∆t
= 1 s
E
P =
∆t
E = P∆t
E = 0,0045 W × 1 s
E = 0,0045 J
E = 4,5 mJ
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 5

17. 2133 W
Données
Solution
18. 10 800 J
Données
Solution
19. 5 ampoules
Données
E = 5120 kW ⋅ h
∆t
= 24
h
jour
× 100 jours = 2400 h
E
P =
∆t
5120 kW ⋅ h
P =
2400 h
P = 2,13 kW
P = 2133 W
U = 6 V
I = 5 A
∆t
= 6 min = 360 s
E
P =
∆t
E = P∆t
E = UI∆t
E = 6 V × 5 A × 360 s
E = 10 800 J
P ampoule
U = 120 V
I = 2,5 A
= 60 W
Solution
P
P
P
totale
totale
totale
= UI
= 120 V × 2,5 A
= 300 W
P
N =
P
totale
ampoule
300 W
N =
60 W
N = 5
Exercices sur l’énergie et la puissance (Corrigé) 6