Exercices: Puissance et consommation électrique

Un grille-pain branché sur $230\ \text{V}$ est traversé par un courant de $2\ \text{A}$. Calculer sa puissance en watts.

Le chargeur d'un téléphone fonctionne sous $5\ \text{V}$ et délivre un courant de $2\ \text{A}$. Quelle puissance fournit-il au téléphone ?

Sur la facture d'électricité, la consommation est exprimée en $\text{kWh}$. Le kilowattheure est-il une unité de puissance ou d'énergie ? Expliquer avec ses propres mots ce que signifie consommer $1\ \text{kWh}$.

Une ampoule de $100\ \text{W}$ reste allumée pendant $10\ \text{h}$.

1. a) Quelle énergie consomme-t-elle, en wattheures ?
2. b) L'exprimer en kilowattheures.

Un radiateur électrique de $1150\ \text{W}$ est branché sur le réseau de $230\ \text{V}$. Quelle intensité le traverse ?

Classer par ordre croissant de puissance typique ces appareils : un four ($2500\ \text{W}$), une ampoule LED ($10\ \text{W}$), un téléviseur ($100\ \text{W}$) et un sèche-cheveux ($1500\ \text{W}$), comme le montre la figure.

Lequel transforme le plus d'énergie électrique chaque seconde ?

Un ventilateur de $50\ \text{W}$ est allumé pendant $4\ \text{h}$. Quelle énergie consomme-t-il ? L'exprimer en $\text{Wh}$ et en $\text{kWh}$.

Sur l'étiquette énergie d'un réfrigérateur figure une lettre entre A et G.

1. a) Qu'indique cette lettre ?
2. b) Quelle lettre faut-il choisir pour payer moins sur la facture ? Pourquoi ?

Un radiateur soufflant de $1200\ \text{W}$ est allumé $2\ \text{h}$ par jour pendant un mois de $30$ jours.

1. a) Exprimer sa puissance en kilowatts.
2. b) Calculer l'énergie qu'il consomme dans le mois, en $\text{kWh}$.
3. c) Si le prix est de $0,20\ \text{€/kWh}$, combien coûte cette utilisation ?

Une lampe LED de $10\ \text{W}$ donne autant de lumière qu'une ancienne ampoule de $60\ \text{W}$, et toutes deux sont allumées $5\ \text{h}$ par jour.

1. a) Calculer l'énergie que consomme chacune dans un mois de $30$ jours, en $\text{kWh}$.
2. b) Avec le $\text{kWh}$ à $0,20\ \text{€/kWh}$, combien d'argent économise-t-on par mois avec la LED ?

Un four de $2300\ \text{W}$ est branché sur le réseau de $230\ \text{V}$.

1. a) Quelle intensité le traverse ?
2. b) La prise et le câble de la cuisine supportent jusqu'à $16\ \text{A}$ : y a-t-il un risque de surcharge en utilisant uniquement le four ? Justifier.

Une plaque vitrocéramique de $2\ \text{kW}$ fonctionne pendant $15\ \text{min}$.

1. a) Exprimer cette durée en heures.
2. b) Calculer l'énergie consommée, en $\text{kWh}$.
3. c) Combien cela coûte-t-il à $0,20\ \text{€/kWh}$ ?

On quitte la maison toute une journée et on laisse allumée par erreur une lampe de $100\ \text{W}$ pendant $10\ \text{h}$.

1. a) Combien de $\text{kWh}$ a-t-elle consommé ?
2. b) Combien d'argent a-t-on gaspillé, à $0,20\ \text{€/kWh}$ ?

L'étiquette d'un réfrigérateur neuf indique une consommation de $150\ \text{kWh}$ par an, alors que le vieux réfrigérateur de la maison consomme $450\ \text{kWh}$ par an.

1. a) Combien de $\text{kWh}$ économise-t-on chaque année avec le neuf ?
2. b) À combien d'argent s'élève cette économie à $0,20\ \text{€/kWh}$ ?

Une console de jeux a une puissance de $200\ \text{W}$ et vous l'utilisez $3\ \text{h}$ par jour.

1. a) Quelle énergie consomme-t-elle par jour ?
2. b) Combien de $\text{kWh}$ consomme-t-elle dans un mois de $30$ jours ?
3. c) Calculer le coût mensuel à $0,20\ \text{€/kWh}$.

Une batterie de camping stocke $1\ \text{kWh}$ d'énergie.

1. a) Pendant combien d'heures peut-elle alimenter une glacière électrique de $50\ \text{W}$ ?
2. b) Et une ampoule de $10\ \text{W}$ ? Justifier pourquoi elle dure plus longtemps avec l'une qu'avec l'autre.

Chez Lucie, on utilise chaque jour : un four de $2\ \text{kW}$ pendant $1\ \text{h}$, dix ampoules LED de $10\ \text{W}$ allumées $5\ \text{h}$ et un réfrigérateur de $200\ \text{W}$ fonctionnant $24\ \text{h}$.

1. a) Calculer les $\text{kWh}$ que consomme chaque appareil par jour.
2. b) Combien de $\text{kWh}$ sont consommés au total dans un mois de $30$ jours ?
3. c) À combien s'élève la facture du mois à $0,20\ \text{€/kWh}$ ?

Chez Nicolas, les appareils en veille (le téléviseur éteint avec son voyant rouge, les chargeurs branchés, la console en veille...) consomment $20\ \text{W}$ en continu, $24\ \text{h}$.

1. a) Quelle énergie consomment-ils par jour, en $\text{kWh}$ ?
2. b) Combien de $\text{kWh}$ consomment-ils sur une année de $365$ jours ?
3. c) Combien d'argent économiserait-on par an en les débranchant, à $0,20\ \text{€/kWh}$ ?
4. d) Cette économie vous paraît-elle importante ? Justifier votre opinion avec les données.

L'installation d'un logement admet au maximum $3450\ \text{W}$ simultanément ; si on dépasse cette valeur, le disjoncteur saute et le courant est coupé. Le réseau est de $230\ \text{V}$. La figure compare la puissance des appareils à ce maximum.

1. a) Quelle intensité maximale l'installation permet-elle ?
2. b) Peut-on utiliser en même temps le four ($2300\ \text{W}$) et le lave-linge ($2000\ \text{W}$) ? Justifier avec des calculs.
3. c) Et le four avec le micro-ondes ($1150\ \text{W}$) ?

Le tarif d'électricité de la maison comporte deux prix : $0,30\ \text{€/kWh}$ en heures pleines et $0,10\ \text{€/kWh}$ en heures creuses. Le lave-linge, de $2\ \text{kW}$, effectue un programme de $2\ \text{h}$.

1. a) Combien coûte-t-il de le lancer en heures pleines ?
2. b) Et en heures creuses ?
3. c) Si l'on fait $12$ lessives par mois, combien économise-t-on par mois en les faisant toujours en heures creuses ?

Daniela dit : « Mon sèche-cheveux est très puissant : il consomme $2000\ \text{kWh}$ ».

1. a) Corriger la phrase : quelle unité correspond à la puissance ?
2. b) Expliquer la différence entre puissance et énergie à l'aide de l'exemple du sèche-cheveux.
3. c) Si le sèche-cheveux a une puissance de $2000\ \text{W}$ et qu'on l'utilise pendant $15\ \text{min}$, quelle énergie consomme-t-il, en $\text{kWh}$ ?

Un ancien téléviseur consomme $300\ \text{kWh}$ par an et un nouveau, de technologie LED, $100\ \text{kWh}$ par an. Le téléviseur neuf coûte $400\ \text{€}$ et le $\text{kWh}$ est à $0,20\ \text{€/kWh}$.

1. a) Combien d'argent économise-t-on chaque année avec le téléviseur neuf ?
2. b) Au bout de combien d'années l'économie compensera-t-elle le prix du téléviseur ?
3. c) Pensez-vous que le remplacement en vaille la peine ? Justifier la réponse avec les données.

Qu'est-ce qui consomme le plus dans un mois de $30$ jours : un climatiseur de $1,5\ \text{kW}$ utilisé $2\ \text{h}$ par jour ou vingt ampoules LED de $10\ \text{W}$ allumées $10\ \text{h}$ par jour ?

1. a) Calculer la consommation mensuelle de chaque option, en $\text{kWh}$.
2. b) Laquelle consomme le plus ?
3. c) Calculer le coût mensuel de chaque option à $0,20\ \text{€/kWh}$.

Sur la facture de ce mois figurent $240\ \text{kWh}$ consommés à $0,20\ \text{€/kWh}$.

1. a) Combien coûte l'énergie consommée ?
2. b) La famille règle le thermostat du chauffe-eau électrique et parvient à réduire la consommation de $25\ \%$ : combien de $\text{kWh}$ économise-t-elle par mois ?
3. c) À combien d'argent s'élève cette économie sur un an ?

Défi du thème. Devenez auditeur énergétique de votre propre logement ! Étudiez la consommation électrique de votre foyer pour concevoir une proposition d'économies réaliste :

1. Grandeurs et loi d'Ohm : Choisir $3$ appareils branchés sur le réseau ($V = 230\text{ V}$). Noter la puissance nominale ($P$) indiquée sur leurs étiquettes et calculer l'intensité ($I = P/V$) et la résistance ($R = V/I$) de chacun.

2. Expérience et traitement des données : Mesurer avec le chronomètre du téléphone la durée de fonctionnement de l'un d'eux (p. ex. sèche-cheveux ou micro-ondes) lors de $4$ utilisations différentes, en considérant une incertitude de $t \pm 0,5\text{ s}$. Élaborer un tableau avec les durées et l'énergie consommée ($E = P \cdot t$, en $\text{kWh}$) et tracer à la main le graphique $E$ en fonction de $t$.

3. Circuit et facture réelle : Justifier pourquoi les prises de votre logement sont branchées en dérivation et calculer la $R_{\text{eq}}$ si elles fonctionnaient en même temps. Consulter sur le site de RTE (application éCO2mix) le prix moyen du marché spot de l'électricité d'aujourd'hui ($€/\text{kWh}$) et calculer le coût hebdomadaire de l'énergie si l'on utilise $1,5\text{ h}$ par jour (il s'agit d'une estimation : la facture comprend en plus les taxes, contributions et impôts).

Présenter vos résultats dans un rapport bref avec une proposition argumentée d'efficacité énergétique.

Seront évalués :

• L'application rigoureuse de la loi d'Ohm, des puissances et du calcul de $R_{\text{eq}}$ en dérivation.

• Le traitement des données expérimentales : tableau, graphique et prise en compte de l'incertitude ($\pm 0,5\text{ s}$).

• L'utilisation correcte de données réelles de RTE et la cohérence des mesures d'économie proposées.