Puissance électrique
Résultats d'apprentissages :
- définir « puissance électrique » comme l'énergie par unité de temps et résoudre des problèmes scientifiques comportant cette relation, entre autres P = E/t;
- élaborer une formule pour calculer le coût de la consommation électrique d'une famille et résoudre des problèmes scientifiques comportant cette relation, entre autres coût = P x temps x tarif (prix/kWh).
Définition de puissance électrique
Pour comprendre ce qu'est la puissance électrique, revoyons certaines des grandeurs physiques de l'électricité étudiées jusqu'à maintenant
P = E / t
La puissance est mesurée en watt (W) et puisque la puissance est le rapport entre l'énergie et le temps, on établit que 1 W = 1 J / s.
Bien que le watt et le kilowatt (1 kW = 1000 W) soient des unités de mesure de la puissance, le kilowattheure est une unité de mesure de l'énergie, et comme il y a 3600 secondes dans une heure, 1 kWh = 3600 joules.
La puissance peut aussi être calculée à partir du courant et du potentiel :
- La charge (Q) est le nombre d'électrons, mesurée en coulombs (C).
- L'énergie (E) mesure le « travail » accompli par un appareil (résistor), ou la capacité d'accomplir un travail et est mesurée en joules (J)
- Le courant (I) est le montant de la charge (Q) par durée de temps (t), mesuré en ampères (où 1 A = 1 C/s).
- La tension ou potentiel (V) est l'énergie (E) par montant de charge (Q), mesurée en volts (où 1 V = 1 J/C). Remarquez que V est le symbole pour « tension » ainsi que pour son unité de mesure « volt ».
P = E / t
La puissance est mesurée en watt (W) et puisque la puissance est le rapport entre l'énergie et le temps, on établit que 1 W = 1 J / s.
Bien que le watt et le kilowatt (1 kW = 1000 W) soient des unités de mesure de la puissance, le kilowattheure est une unité de mesure de l'énergie, et comme il y a 3600 secondes dans une heure, 1 kWh = 3600 joules.
La puissance peut aussi être calculée à partir du courant et du potentiel :
Le watt est donc aussi équivalent à l'ampère x volt.
1W = 1AV
1W = 1AV
Exemples de problèmes
Mesure la puissance d'un appareil qui dépense 400 joules en 5 secondes.
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P = E/t
P = 400 J / 5s P = 80 J/s ou 80W |
Combien de temps faut-il à une ampoule de 20W pour produire 10kJ?
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P = E/t
t = E/P t = 10 000 J/20 W t = 500 s ou 8 minutes et 20 secondes |
Une grande éolienne (diamètre de rotor de 35 à 125 m) peut produire jusqu'à 5 MW. Quelle énergie produit une grande éolienne en 1 heure?
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E = Pt
E = 5 000 000 W x 3600 s E = 18 000 000 000 J ou 18 TJ |
Une calculatrice de 0,3 mW est alimentée par deux piles AA. Quel est l'intensité du courant qui circule dans la calculatrice?
Combien de temps faudra-t-il pour les piles soient mortes si elles peuvent fournir 25,92kJ au total? |
2 piles ont un potentiel de 3 V (1,5V par pile)
P = IV I = P/V I = 0,000 3 W / 3V I = 0,000 1A P = E/t t = E/P t = 25 920J / 0,000 3W t = 86 400 000 s ou 24 000 h ou encore 1000 jours |
Liens avec la résistance
À partir de la formule de résistance R=V/I et de puissance P=VI, on peut établir le lien entre la puissance et la résistance.
Le coût de la consommation d'électricité
L'électricité provenant d'une prise murale est produite par une centrale de production d'électricité. Au Manitoba, une bonne partie de l'électricité est produite par des centrales hydroélectrique (électricité produite par le mouvement de turbines actionnées par un courant d'eau). L'électricité ainsi produite doit être achetée par les utilisateurs. Le coût de l'électricité est généralement déterminé à partir de la consommation mesurée en kilowattheure (kWh) et d'un taux en ¢/kWh (au Canada). Le kWh est une unité d'énergie représentant 3,6 MJ (1000 W x 3600 s).
Compteur d'électricité Un compteur d'électricité est un appareil qui mesure toute l'énergie électrique qui est consommé par un client (une maison) de la compagnie d'électricité (généralement, une compagnie gouvernementale au Canada). Il y a différents formats de compteurs d'électricités, mais il permettent de mesurer la consommation cumulée en kWh du client. Pour déterminer le coût d'utilisation d'électricité mensuel, on compare d'un mois à l'autre la lecture du compteur d'électricité (voir «Comment lire votre compteur d'électricité» - Hydro Manitoba). |
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