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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

10

Que d’énergie pour se sécher les cheveux !

Katia met cinq minutes à se sécher les cheveux après la piscine.
1.
Quelle quantité d’énergie son sèche-cheveux va-t-il convertir ? Donne le résultat en joules.
2.
Convertis le résultat en kilojoules.
Doc. 1
Une indication sur le sèche-cheveux.

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.
1.
Détermine par le calcul la quantité d’énergie en joules que la bouilloire transfère à l’eau pendant le chauffage.
2.
Convertis cette quantité d’énergie en kilojoules.
Doc. 2
Cattle.

Je m'entraine

12

Des mots pour une phrase.

Utilise les mots dans l’ordre que tu souhaites pour construire des phrases correctes.
1.
watt / grandeur / unité / puissance.
2.
énergie / unité / grandeur / joule.
3.
énergie / puissance / temps / unité.
13

Tableaux de conversion.

1.
Représente le tableau de conversion des puissances avec les multiples et sous-multiples du watt (W), en allant du milliwatt au kilowatt.
2.
Représente le tableau de conversion des énergies avec les multiples et sous-multiples du joule (J), en allant du millijoule au kilojoule.
14

Conversions d’énergie.

1.
Utilise le tableau pour convertir :
15

Conversions de puissance.

1.
Utilise le tableau pour convertir :
16

Comparaison d’appareils.

Voici la puissance nominale de trois appareils :
  • aspirateur : 2 050 W
  • une machine à laver : 3 kW
  • aspirateur : 2,1 kW
1.
Quel est l’appareil le plus puissant ? Le moins puissant ?
2.
Si on considère une même durée d’utilisation pour les trois appareils, quel est celui qui convertira le plus d’énergie ? Explique ta réponse.
17

Réservoir ou convertisseur ?

1.
Classe les mots suivants selon deux catégories : réservoir ou convertisseur d’énergie.
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.
1.
Convertis 158 kJ en joules.
2.
Écris la relation permettant de trouver la durée de transfert si tu disposes de la valeur de l’énergie transférée et de la puissance.
3.
Calcule la durée d’utilisation en secondes de la bouilloire.
4.
Exprime cette durée en minutes et en secondes.
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.
1.
Exprime les données de l’énoncé dans leur unité internationale.
2.
Calcule le coefficient de proportionnalité entre ces deux données, c’est-à-dire le nombre de joules transférés chaque seconde à l’eau.
3.
À quelle grandeur physique correspond ce coefficient de proportionnalité ? Quelle est son unité internationale ?
20

Chaine énergétique

Un radiateur électrique chauffe une pièce d’une maison.
1.
Quel est le réservoir d’énergie qui permet de faire fonctionner le radiateur ?
2.
Quelle forme d’énergie le radiateur reçoit-il ? En quelle énergie est-elle transformée ?
3.
Dans quel réservoir est transférée l’énergie transformée par le radiateur ?
4.
Construis la chaine énergétique en utilisant les conventions vues dans l’activité 2.
21

Appareils électriques convertisseurs d’énergie.

Beaucoup d’appareils électriques que tu possèdes sont de très simples convertisseurs d’énergie.
1.
En quelle(s) forme(s) d’énergie est convertie l’énergie électrique par :
a. une bouilloire ?
b. un mixeur ?
c. une machine à laver ?
22

Quel transfert ?

1.
Précise de quel type de transfert il s’agit :
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.
1.
Quelle est la source d’énergie utilisée par l’hydrolienne ?
2.
Cette source est-elle renouvelable ou non ? Explique ta réponse.
3.
Quel est le convertisseur d’énergie qui permet de fournir de l’énergie sous forme électrique ?
Doc. 1
Hydrolienne.

Une notion, trois exercices

24

Un téléviseur

La télévision de Maxime a une puissance de 72 W. Il a estimé qu’elle était allumée en moyenne 5 h par jour.
Données :
  • Une année dure 365 jours.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.
1.
Calcule le nombre d’heures qu’il y a dans une année.
2.
Calcule la durée annuelle de fonctionnement « réel » de la télévision.
3.
Calcule en Wh l’énergie que reçoit la télé en un an.
4.
Convertis cette énergie en kWh.
5.
Calcule le cout que représente cette énergie.
24

Une ampoule

Une ampoule basse consommation a une puissance de 14 W. Jade a estimé que son ampoule était allumée en moyenne 6 h par jour.

Données :
  • Une année dure 365 jours.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.
1.
Calcule la durée de fonctionnement « réelle » de l’ampoule par an.
2.
Calcule en kWh l’énergie reçue par l’ampoule en un an.
3.
Calcule le cout que représente cette énergie.
24

Un réfrigérateur

Le réfrigérateur de Sélim a une puissance de 200 W. Même s’il est branché en permanence, on estime qu’en moyenne un réfrigérateur ne reçoit de l’énergie qu’un tiers du temps.

Données :
  • Une année dure 365 jours.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.
1.
Calcule en kWh l’énergie transférée au réfrigérateur sur une année.
2.
Calcule le cout d’utilisation correspondant en euros.

J'approfondis

25

Quelle énergie pour chauffer de l’eau ?

Il faut apporter 4,2 J d’énergie pour réchauffer 1 g d’eau de 1 °C.
1.
Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 1 mL d’eau pour le réchauffer de 1 °C ? Justifie ta réponse.
2.
Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 200 mL d’eau pour les réchauffer de 1 °C ?
3.
Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 200 mL d’eau pour les réchauffer de 75 °C ?
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.
1.
Sous quelle forme est convertie l’énergie reçue par la plaque électrique ?
2.
Quelle quantité d’énergie a été convertie durant l’absence de Mathieu ?
3.
Quel est le cout de cet oubli, sachant qu’un kilowatt-heure vaut 0,15 € ?
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.
1.
Construis la chaine énergétique d’une éolienne.
Doc. 1
Chauffer l'eau.
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 ! »
1.
Explique en quoi le protocole de Fabien n’est pas précis.
2.
Réécris le protocole en y apportant les précisions que tu jugeras utiles.
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.
1.
Calcule la durée nécessaire pour réchauffer le plat avec le four de Téa.
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 9 
60  11 
75  15 
100  20 

Données :
  • On utilise en moyenne une lampe 6 h par jour.
  • Un kilowatt-heure coute 0,15 €.
1.
Comment expliques-tu qu’une lampe basse consommation puisse fournir le même éclairage qu’une lampe classique qui a une puissance bien supérieure ?
2.
Calcule l’économie réalisée en un an si on remplace une lampe classique de 75 W par la lampe basse consommation équivalente.
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.
1.
Construis la chaine énergétique du dispositif.
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.
1.
Construis la chaine énergétique du dispositif.
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.
1.
Calcule la production d’électricité sur une année en kWh.
2.
Cette route est-elle capable de produire suffisamment d’électricité pour l’éclairage du village ?
34

Consommation électrique d’un foyer.

Un foyer consomme en une année 11 000 kWh.
1.
Exprime cette valeur en joules.
2.
À ton avis, pourquoi les factures d’électricité indiquent l’énergie livrée en kWh plutôt qu’en joules ?
35

Télévision en veille.

Une famille regarde la télévision en moyenne 3 h 15 par jour. Sur la plaque signalétique de leur téléviseur, on lit les informations suivantes : 230 V, 50 Hz, 300 W, 1 kWh est facturé 0,15 €.
1.
Convertis 3 h 15 min en h.
2.
Quelle est la durée d’utilisation de la télévision sur une année ?
3.
Quelle est l’énergie électrique consommée par la télévision en une année ?
4.
Combien coute à cette famille l’utilisation de leur téléviseur pendant une année ?
5.
Déduis-en l’énergie consommée lorsque le téléviseur est en veille sur une année et le cout de cette veille.
6.
Le reste de la journée, la télévision est en veille et le voyant de veille (230 V, 50 Hz, 1 W) reste allumé. Reprends le raisonnement précédent pour calculer la durée de veille sur une journée, puis sur une année.
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).

1.
Calcule l'énergie à apporter pour le métabolisme de base dun homme de 20 ans qui fait 1,70 m et pèse 65 kg.
2.
Même question pour une femme du même âge, mesurant 1,65 m et pesant 55 kg.
3.
Calcule pour ces deux personnes la quantité de riz nécessaire à leur métabolisme de base pour une journée.
 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

Problématique

1.
Anna organise une fête et voudrait profiter de sa piscine. Il ne fait pas très beau et l’eau est, comme l’air, à 20 °C. Elle aimerait bien au moins 3 °C de plus ! Elle met en marche la pompe à chaleur.

Sera-t-elle prête à temps sachant que la fête est dans 12 h ?
Doc. 1
La piscine d’Anna.
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

Cherche l’intrus.

1.
Trouve l’intrus dans la liste de mots suivants :

Énergie ou puissance ?

1.
Relie ces valeurs selon qu’elle représente une puissance ou une quantité d’énergie :

Grandeurs et unités.

1.
Quelle relation mathématique existe-t-il entre l’énergie E, la puissance P et le temps t ?
2.
Quelles sont les unités du système international des 3 grandeurs E, P et t ?

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.
1.
Quelle est la classe énergétique d’un lave vaisselle qui consomme 310 kWh 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.
1.
Exprime les quantités d’énergie suivantes en joules, puis en kilojoules.

Quelle quantité d'énergie va être convertie ?

Une plaque de cuisson, d’une puissance de 1,8 kW, est utilisée durant 5 minutes pour préparer des œufs sur le plat.
1.
Donne la puissance de la plaque en watts.
2.
Donne la durée d’utilisation en secondes.
3.
Écris la relation permettant de trouver l’énergie convertie par la plaque connaissant la puissance de la plaque et la durée de transfert.
4.
Calcule l’énergie convertie par la plaque en joules.

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.
1.
Quel biscuit apporte le plus d'énergie ?
2.
Quel paquet de 100 g de biscuits apporte le plus d'énergie ?

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.
1.
Aide Adam à déterminer quels projets pourraient correspondre.

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.

  • 1
    . Une indication sur le sèche-cheveux.
  • 12
    . Étapes de la méthode
  • 13
    . Corrigé :
DYS

Une indication sur le sèche-cheveux.

DYS

Exercice 10 : Que d’énergie pour se sécher les cheveux !

Katia met cinq minutes à se sécher les cheveux après la piscine.

Question 1

DOCS 1, 12, 13

Énoncé
Quelle quantité d’énergie son sèche-cheveux va-t-il convertir ? Donne le résultat en joules.

Question 2

DOCS 1, 12, 13

Énoncé
Convertis le résultat en kilojoules.
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