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Exercices

Exercice corrigé

Étapes de la méthode

  • Repérer dans l’énoncé et les documents des grandeurs dont les valeurs sont données.
  • Écrire la relation mathématique entre la grandeur dont on cherche la valeur et celles dont on connait la valeur.
  • Remplacer les symboles par les valeurs des grandeurs, en vérifiant que leurs unités correspondent à celles de la formule.
  • Pour convertir en kilojoules une énergie exprimée en joules, il faut se servir du tableau de conversion des joules.
    kJhJdaJJdJcJmJ
           

Corrigé :

  • Pour calculer l’énergie convertie par le sèche-cheveux, il faut utiliser la relation E = P × t avec P la puissance en W et t la durée d’utilisation en secondes.
    Ici P = 1 300 W et t = 5 min = 5 × 60 s = 300 s
    Donc E = 1 300 × 300 = 390 000 J
    L'énergie convertie par le séche-cheveux est de 390 000 J.
  • Il faut convertir 390 000 J en kJ. Or on sait que 1 000 J = 1 kJ donc E = 390 kJ.
    L'énergie convertie par le sèche-cheveux est donc de 390 kJ.
11

Combien d’énergie pour chauffer trois tasses d’eau ?

La bouilloire de Clara met trois minutes pour faire bouillir l’eau nécessaire à la préparation de trois tasses de thé. Sa puissance est de 1 000 W.

Je m'entraine

12

Des mots pour une phrase.

Utilise les mots dans l’ordre que tu souhaites pour construire des phrases correctes.
16

Comparaison d’appareils.

18

Le temps de faire chauffer l’eau.

Il faut transférer 158 kJ d’énergie à 500 mL d’eau pour que sa température passe de 25 °C à 100 °C. Tu as à ta disposition une bouilloire électrique de puissance 1 100 W. On considère que toute l’énergie électrique convertie par la bouilloire sert à chauffer l’eau.
19

Détermine une puissance inconnue.

Une bouilloire transfère à l’eau qu’elle contient une énergie E = 315 kJ en une durée t = 3 minutes et 10 secondes. On considère que toute l’énergie électrique convertie par la bouilloire sert à chauffer l’eau.
21

Appareils électriques convertisseurs d’énergie.

Beaucoup d’appareils électriques que tu possèdes sont de très simples convertisseurs d’énergie.
23

Hydrolienne.

Une hydrolienne est une turbine hydraulique qui utilise l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux : c’est une « éolienne de la mer ». La turbine de l’hydrolienne couplée à un alternateur permet la conversion de l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique.

J'approfondis

26

Un oubli qui coute cher ?

Mathieu a oublié d’éteindre la plaque électrique chauffante en partant de chez lui à 8 h 30 le matin. Il s’en aperçoit à son retour le soir à 18 h. La plaque électrique a une puissance de 1 200 W.
27

Chaine énergétique d’une éolienne.

Une éolienne se sert du vent pour produire de l’électricité : les pales de l’éolienne entrainent la mise en mouvement d’un alternateur qui produit l’électricité. Celle-ci est alors transférée au réseau électrique.
28

Un mauvais protocole ?

Dans l’activité 3 p. 154, Fabien propose ce protocole à ses camarades : « On peut mettre 1 L d’eau dans la bouilloire la plus puissante et 500 mL dans la moins puissante, l’eau devrait arriver à la même température en même temps ! »
29

Un plat à réchauffer.

Les informations trouvées sur une préparation de lasagnes surgelées indiquent « À décongeler au four à microondes pendant 5 minutes à puissance 1 000 W ». La puissance maximale du four de Téa est de 800 W.
30

Ampoules basse consommation.

Dans les magasins de bricolage ou les grandes surfaces, on trouve ce tableau au rayon des ampoules d’éclairage :

Puissance d'une lampe « classique » à incandescence en watts (W) Puissance d'une lampe basse consommation de même éclairage en watts (W)
40
60  11 
75  15 
100  20 

Données :
  • On utilise en moyenne une lampe 6 h par jour.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.
31

S’éclairer avec le vent ?

Imagine un dispositif permettant de s’éclairer avec le vent comme source d’énergie. Voici le matériel disponible : turbine - pales - alternateur - chaudière - bouilloire - lampe.
32

Chauffer de l’eau grâce à une rivière ?

Imagine un dispositif permettant de chauffer de l’eau avec le courant d’une rivière comme source d’énergie. Voici le matériel disponible : turbine - pales - alternateur - chaudière - bouilloire - lampe.
33

Une route solaire en France.

Un tronçon long de 1 km, sur une route de la petite commune normande de Tourouvre-au-Perche (3 400 habitants), a été recouvert de dalles photovoltaïques. La production d’électricité est de 790 kWh par jour. On estime que l’éclairage public d’une ville nécessite 85 kWh par an et par habitant.
36

Ne rien faire... c’est déjà beaucoup !

L’énergie nécessaire au métabolisme de base du corps humain est l’énergie dont l’organisme a besoin pour remplir ses fonctions vitales (travail du cœur, poumons, reins, foie, etc.). Cette énergie représente la plus grande proportion de notre dépense énergétique quotidienne. Ainsi, 70 % de l’énergie dépensée dans une journée est liée au métabolisme de base.

Ce besoin en énergie est estimé par les formules suivantes :

Sexe

Métabolisme de base (en kJ pour 24 h)

Femme

[(9,7 × M) + (172,9 × T) − (4,7 × A) + 667] × 4,18

Homme

[(13,7 × M) + (492,3 × T) − (6,6 × A) + 77,6] × 4,18



M = masse de l’individu en kilogrammes (kg).
T = taille de l’individu en mètres (m).
A = âge de l’individu en années (ans).

 100 g
riz cru
150 g
riz cuit
Valeur énergitique1 460 kJ
(340 kcal)
870 kJ
(200 kcal)
Protéines7 g4g
Glucides
dont sucres
76 g
2,9 g
46 g
traces 
Lipides
dont actides gras saturés
1 g
0,2 g
traces
traces 
Doc. 2
Valeurs nutritionnelles moyennes

Je résous un problème

Pour chauffer la piscine, une pompe à chaleur prélève de la chaleur dans le sol et la transfère à l’eau. La chaleur du sol est « gratuite » mais il faut de l’énergie électrique pour l’extraire.
▪ Puissance convertie (pour faire tourner la pompe) : 790W.
▪ Puissance restituée (pour chau er l’eau) : 4 500 W.

En une heure, la pompe à chaleur convertit 790 Wh et peut transférer 4 500 Wh à l’eau de la piscine.
L’énergie pour réchauffer 1 m3 d’eau d’un degré est de 1 200 Wh.
Doc. 2
Descriptif de la pompe à chaleur.

Exercices supplémentaires

L'efficacité énergétique d’un lave vaisselle.

L’efficacité énergétique est calculée pour 12 couverts, c'est donc la consommation énergétique du lave-vaisselle pour laver ces 12 couverts. Cet indice est exprimé en kWh par cycle de 12 couverts. On utilise en moyenne un lave-vaisselle 280 fois par an.
ABCDEFG
<1,06<1,25<1,45<1,65<1,85<2,05>2,05
Doc. 1
Classes énergétiques d’un lave vaisselle, en kWh par cycle de 12 couverts.

Changer de système d’unité.

Données :
- 1 Wh = 3 600 J et 1 calorie (cal) = 4,184 J ;
- 1 kWh = 1 000 Wh et 1 kcal = 1 000 cal.

Biscuits énergétiques.

Deux paquets de biscuits apportent les informations suivantes :
- Biscuit A : 5 biscuits (masse de 37,5 g) apportent 783 kJ d'énergie.
- Biscuit B : 1 biscuit (masse de 12,5 g) apporte 58 kcal d'énergie.
Donnée : 1 kcal = 4,187 kJ.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Adam veut s’impliquer dans un projet citoyen. Il va à la maison des associations de son quartier et remarque quelques intitulés de rencontres thématiques programmées au cours de la semaine :

▪ rencontres poétiques et ludiques ;
▪ réunion d’information sur les risques sonores en discothèque ;
▪ atelier de flyers d’information sur le cout énergétique du « mode veille » de nos appareils électriques ;
▪ soirée déguisée.

Niveau 1 - Je sais ce qu’est un projet citoyen.

Coup de pouce : Quelles réunions, dans cette liste, ont une dimension citoyenne ?

Niveau 3 - Je m’implique dans un projet citoyen.

Coup de pouce : As-tu déjà participé à un projet citoyen ? Si oui, décris ce que tu as fait.

Niveau 2 - J'identifie un projet citoyen dans lequel je pourrais m'impliquer.

Coup de pouce : De quels autres projets citoyens as-tu déjà entendu parler ?

Niveau 4 - Je m’engage activement dans un projet citoyen en justifiant mon choix.

Coup de pouce : Explique ce qui pourrait être assez important pour t’amener à t’impliquer dans un projet citoyen.

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DYS

Exercice 30 : Ampoules basse consommation.

Dans les magasins de bricolage ou les grandes surfaces, on trouve ce tableau au rayon des ampoules d’éclairage :

Puissance d'une lampe « classique » à incandescence en watts (W) Puissance d'une lampe basse consommation de même éclairage en watts (W)
40
60  11 
75  15 
100  20 

Données :
  • On utilise en moyenne une lampe 6 h par jour.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.

Question 1

Énoncé
Comment expliques-tu qu’une lampe basse consommation puisse fournir le même éclairage qu’une lampe classique qui a une puissance bien supérieure ?

Question 2

Énoncé
Calcule l’économie réalisée en un an si on remplace une lampe classique de 75 W par la lampe basse consommation équivalente.
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