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Physique-Chimie
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P.291-292



Exercices




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21
Coût de revient d’une partie de jeu vidéo

✔ MATH : Réaliser un calcul littéral

Une partie de jeu vidéo

Matéo joue avec sa console de jeu connectée à un téléviseur. Les puissances de la console et du téléviseur sont respectivement 310 W et 70 W.

1. Calculer la puissance totale de l’ensemble {console ++ TV}.


2. Calculer l’énergie électrique consommée pour une durée de jeu de deux heures. L’exprimer en joule puis en watt-heure.


3. Calculer en euro le coût de ce temps de jeu (hors abonnement) si 1 kW·h coûte 0,15 €.
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22
Les chargeurs nomades

✔ VAL : Analyser un résultat numérique

Les chargeurs nomades (sources réelles de tension) sont très utilisés pour recharger les téléphones portables. Sur l’un d’entre eux, on peut lire les caractéristiques suivantes :
5,0 V −- 2,1 A ; 5 000 mA·h.
La tension aux bornes d’une batterie de téléphone portable est de 4,7 V.

Chargeur nomade

1. Calculer la durée au bout de laquelle le chargeur est complètement déchargé.


2. Calculer la résistance interne du chargeur nomade.


3. Comparer quantitativement la tension à vide et la tension réelle, et conclure si pour une incertitude des mesures de tension inférieure à 10 %, le générateur peut être considéré comme idéal.
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Comprendre les attendus

23
Fonctionnement d’une dynamo

✔ VAL : Analyser un résultat numérique

Lors d’un trek, Frédéric emporte dans son sac à dos une lampe de secours fonctionnant sans pile, composée d’une dynamo et d’une batterie rechargeable qui alimente une DEL. La lampe est déchargée. Frédéric veut s’éclairer et tourne la manivelle pendant une minute avec une puissance égale à 50 W, ce qui lui permet d’avoir une autonomie de cinq minutes.

Une dynamo

1. Proposer une chaîne énergétique composée de 3 réservoirs d’énergie (utilisateur, batterie, environnement) et de 2 convertisseurs d’énergie.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Calculer l’énergie dépensée par Frédéric. L’exprimer en joule.


3. Sachant que la DEL a une puissance nominale de 1 W, calculer, en joule puis en watt-heure, l’énergie lumineuse fournie pendant les 5 minutes d’éclairage.


4. Calculer le rendement global η\eta de la lampe, défini par :
η=EutileEdeˊpenseˊe.\eta=\dfrac{E_{\text {utile}}}{E_{\text {dépensée}}}.



5. En proposant une chaîne énergétique, expliquer pourquoi le rendement est si faible.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


6. Que doit faire Frédéric pour s’éclairer plus longtemps ?


Données

  • Autonomie maximum : t=t = 10 min ;
  • La dynamo dispose d’une batterie interne rechargeable en tournant la manivelle ;
  • Masse : m=m = 25 g.

Détails du barème
TOTAL /6 pts

1,5 pt
1. Schématiser une chaîne énergétique.
1 pt
2. Utiliser E=P⋅ΔtE=P \cdot \Delta t et respecter les unités de mesure.
1 pt
3. Convertir correctement les unités.
1 pt
4. Savoir utiliser la relation donnée et les données du texte.
1 pt
5. Envisager des pertes d’énergie dans les convertisseurs d’énergie.
0,5 pt
6. Apporter une solution.
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24
Consommation électrique d’un téléviseur

✔ RAI/MOD : Utiliser avec rigueur le modèle de l’énergie

On peut lire sur l’étiquette d’un téléviseur les informations suivantes.

Consommation électrique d’un téléviseur
1. Quelle est la puissance électrique du téléviseur ?


2. Que signifie l’information : 182 kWh/annum ?


3. Estimer la durée annuelle d’utilisation correspondant à cette consommation annuelle. En déduire la durée journalière moyenne d’utilisation. Commenter le résultat obtenu.
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25
Copie d'élève à commenter

◆ Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

1. La puissance du moteur vaut 500 J.

2. Sachant que la tension aux bornes du moteur est égale à 36 V, l’intensité du courant est
I=P⋅U=\xcancel{ I = P \cdot U = } 500
× \times 36 == 18 000 mA == 18 A.

3. Le moteur fonctionne pendant 30 min.
L’énergie dépensée est :
E=P⋅Δt=E=P \cdot \Delta t= 500 ×\times 30 == 15 000 J.

4. Je convertis cette énergie en W·h :
E=E= 15 000 ×\times 3 600 == 54 000 000 W·h == 54 MW·h.

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26
La voiture électrique au quotidien

✔ VAL : Analyser un résultat numérique

Un particulier vient d’acheter une voiture électrique. Sa batterie peut stocker une énergie de 40 kW·h. Il souhaite l’utiliser pour ses déplacements quotidiens et envisage de l’utiliser pour les vacances.

A. Recharger la batterie

1. Doc. 1 En faisant l’hypothèse que la puissance de charge d’une prise domestique est constante, calculer la durée nécessaire pour recharger la batterie à 100 %. Comparer la valeur trouvée avec celle du tableau. La puissance de charge est-elle constante au cours de la charge ?


2. Doc. 2 Quelle est la durée de recharge nécessaire pour une charge à 80 % avec une borne publique Wallbox ?


B. Se déplacer au quotidien

3. Quelle information utile pour l’utilisateur révèle le doc. 3 ?


4. Par analogie avec une voiture à moteur thermique, quelle est la valeur de la consommation électrique à une vitesse de 90 km·h‑1 ?


5. Quelle est l’autonomie du véhicule à une vitesse stabilisée de 90 km·h-1 ? et sur autoroute à 130 km·h-1 ?


C. Partir en voyage

Le particulier souhaite partir en vacances à une distance de 600 km de son domicile.

6. Sachant qu’il existe deux bornes publiques Wallbox de recharge sur le trajet, situées tous les 200 km, indiquer comment rendre ce voyage possible. Par sécurité, il est préférable de ne jamais descendre en dessous de 15 % de la charge de la batterie.


7. Estimer par un calcul la durée du voyage aller.

Doc. 1
Temps de recharge de la voiture

Modèle

Durée de recharge
à 70 %

Durée de recharge
à 100 %

Prise domestique
2,3 kW, 10 A

17 h 30

25 h

Wallbox borne
publique
7,4 kW, 32 A

4 h 15

7 h 18

Charge rapide
43 kW (3 ×\times 62 A)

1 h 25

2 h 40

Doc. 2
Durée de recharge en fonction du % de charge

Durée de recharge en fonction du % de charge

Doc. 3
Consommation kilométrique du véhicule

Consommation kilométrique du véhicule
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