11 - La puissance électrique et la consommation
Activité expérimentale
Enjeux énergétique
Les éclairages de Noël
✔ Conduire un calcul de consommation d'énergie électrique.
✔ Utiliser la relation liant puissance électrique, tension électrique et intensité de courant.
✔ Utiliser la relation liant puissance électrique, tension électrique et intensité de courant.
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Introduction
Une commune de 20 000 habitants réfléchit à la pertinence, chaque année, d'utiliser des éclairages de Noël, coûteux en énergie. La maire de la commune souhaite estimer les économies budgétaires et énergétiques qu'engendrerait le remplacement des anciennes décorations à lampes à incandescence par de nouvelles décorations utilisant des diodes électroluminescentes (dites DEL).
Problématique
Comment comparer la consommation d'une lampe à incandescence et celle d'une DEL ?
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Doc. 1Besoins en éclairage de la ville
Pour décorer les rues de son centre-ville, la commune veut poser 200 guirlandes comptant chacune 80 lampes. Ces lampes seront allumées de 18 h à minuit tous les jours entre le 1er décembre et le 15 janvier. De plus, la commune paye son électricité au tarif de 0,34 € pour chaque kilowattheuren (kWh) consommé.
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Doc. 3Diode électroluminescente
Le principe d'une DEL n'est pas basé sur l'effet Joule mais sur la technologie des semi-conducteurs. Sous certaines conditions, le mouvement des électrons à l'intérieur d'un semi-conducteur peut entraîner l'émission de lumière. Les DEL ont l'avantage d'avoir une durée de vie bien plus longue que les lampes à incandescence et un rendement important puisqu'elles ne chauffent pratiquement pas.
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Doc. 2Lampe à incandescence
En passant dans le filament en tungstène d'une lampe à incandescence, le courant électrique augmente la température du filament en raison de l'effet Joule. La température devient tellement élevée que le filament se met à émettre de la lumière. L'inconvénient majeur des lampes à incandescence est que seulement 5 % de l'énergie électrique consommée par la lampe est convertie en énergie lumineuse. Le reste est dissipé sous forme de chaleur vers l'extérieur.
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Matériel Nécesaire :
Protocole :
1. Réaliser un circuit comportant un générateur et une lampe à incandescence en série.
2. Mesurer l'intensité du courant électrique circulant dans la lampe.
3. Mesurer la tension aux bornes de la lampe.
4. Reproduire ces trois étapes en remplaçant la lampe à incandescence par la DEL.
1. Réaliser un circuit comportant un générateur et une lampe à incandescence en série.
2. Mesurer l'intensité du courant électrique circulant dans la lampe.
3. Mesurer la tension aux bornes de la lampe.
4. Reproduire ces trois étapes en remplaçant la lampe à incandescence par la DEL.
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Doc. 4Puissance électrique
La puissance électrique d'un dipôle, consommée ou fournie, correspond au produit :
\begin{array}{l|l}
& P \text { : puissance électrique }(\mathrm{W}) \\
P=U \times I & U: \text { tension électrique (V) } \\
& I \text { : intensité du courant (A) }
\end{array}
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Doc. 5Énergie consommée
On rappelle la relation entre la puissance P consommée par un dipôle électrique et l'énergie consommée E :
\begin{array}{l|l}
& E \text { : énergie consommée }(J) \\
E=P \times t & P \text { : puissance consommée (W) } \\
& t \text { : durée de fonctionnement }(\mathrm{s})
\end{array}
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Questions
1. En comparant les Doc. 2 et Doc. 3, relever deux avantages des DEL par rapport aux lampes à incandescence.
2.
3.
4.
5. Pour toute la période de Noël, comparer les factures d'électricité à payer par la commune si celle-ci conserve ses lampes à incandescence de 100 W ou si elle les remplace par des DEL de 15 W.
Hypothèse
Préciser quelle est la grandeur physique mesurable la plus adaptée pour comparer la consommation des deux lampes.3.
Expérience et observations
En suivant le protocole, remplir le tableau ci-dessous en reportant les mesures obtenues.
Lampe à incandescence | DEL | |
|---|---|---|
Tension U (V) | ||
Intensité I (A) | ||
Puissance P consommée (W) |
4.
Interprétation et conclusion
Comparer les valeurs de la puissance P consommée par les deux types de lampes et conclure sur celle qu'il faudrait utiliser pour économiser de l'énergie.
Incandescence 100 W | DEL 15 W |
|---|---|
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