Solution des exercices : Énergie et rendement 3e
Classe:
Troisième
Exercice 1

Exercice 2
1) Deux exemples de transformations de l'énergie électrique en énergie calorifique
− − Cuisinière électrique
− Four électrique
2) L'énergie contenue dans un arc tendu est l'énergie élastique. A la lâchée de la flèche, elle se transforme en énergie mécanique.
Exercice 4
Un objet de masse 1kg est soulevé d'une hauteur de 10m au bout d'une corde.
1) Calculons le travail mécanique fourni
On a : W=m×g×h
A.N : W=1×10×10=100
Donc, W=100j
2) Il possède alors de l'énergie mécanique
Exercice 5
Un courant constant d'intensité I=3A passe pendant 45min dans un conducteur de résistance R=40Ω.
Calculons la chaleur dégagée par effet joule :
− en joules
On a : E=RI2t
A.N : E=40×32×45×60=972000
Donc, E=972000j
− en calories
On a :
1cal⟶4.18jE(cal)⟶972000j
Donc, en appliquant la règle de proportionnalité, on obtient :
E(cal)1=9720004.18 ⇒ E(cal)=9720004.18=232535.885
D'où E(cal)=232535.885cal
Exercice 6
Une centrale électrique nucléaire fournit à un réseau une puissance électrique de 1000MW.
Trouvons le rendement de cette centrale, sachant que la puissance totale du combustible nucléaire fournie à la centrale est de 2800MW.
On a : r=PsPe
avec Ps la puissance sortante et Pe celle entrante
A.N : r=10002800=0.357
Donc, r=0.357
Exercice 7
Pendant un orage, la foudre qui jaillit entre un nuage et le sol, résulte d'un courant moyen de 10kA circulant sous une tension de 20MV pendant 0.1s.
Calculons a puissance et l'énergie électrique mises en jeu
− Calcul de la puissance :
On a : P=UI
A.N : P=20106×10103=21011
Donc, P=21011w
− Calcul de l'énergie
On a : E=P×t
A.N : E=21011×0.1=21010
Donc, E=21010j
Exercice 9
Une grue soulève une charge de 600N, d'une hauteur de 30cm en une minute.
Déterminons le travail effectué
On a : W=F×d
A.N : W=600×3010−2=180
Donc, W=180j
Déterminons la puissance développée
On a : P=Wt or t=1mn=60s
A.N : P=18060=3
Donc, P=3W
Exercice 10
Un train met 1h30mn50s pour relier 2 villes distantes de 209km. L'intensité de la force de travail de traction de la locomotive sur les wagons est F=4.41104N.
1) Calculons la vitesse moyenne de ce train
− en m/s
On a : V=dt
Convertissons la distance d en mètre et le temps t en seconde.
Convertissons la distance d en mètre et le temps t en seconde.
On a : d=209km=209103m et
t=1h30mn50s=1×60×60+30×60+50=5450s
A.N : V=2091035450=38.348
Donc, V=38.348m/s
− en km/h.
On a : V=dt
avec, d=209km et
t=1h30mn50s=1+3060+503600=1.513889h
A.N : V=2091.513889=138.055
Donc, V=138.055km/h
2) Calculons le travail mécanique effectué par cette force.
On a : W=F×d
A.N : W=4.41104×209103=92.169108
Donc, W=92.169108j
3) Calculons la puissance mécanique développée en Chevaux.
On a : P=Wt
A.N : P=92.1691085450=1691174.312W or, 1kW=1.341Ch
Donc, P=1691174.31210−3×1.341=2267.8
D'où, P=2267.8Ch
Autre méthode
On a : P=F×V
A.N : P=4.41104×38.348=1691146.8W or 1kW=1.341Ch
Donc, P=1691146.810−3×1.341=2267.8
D'où, P=2267.8Ch
Activités
Sur une ampoule, Momar lit l'information 15W.
Il souhaite déterminer la tension nominale de la lampe.
Pour cela, il réalise un montage potentiométrique permettant de mesurer la tension électrique aux bornes de la lampe et l'intensité du courant qui la traverse.
Il obtient les résultats suivants :
Mesure 1Mesure 2Mesure 3Tension6V12V15VIntensité0.86A1.25A1.41APuissance électrique reçue
1) Réalisons le schéma du montage.

2) a) Pour chaque série de mesures, calculons la puissance reçue par la lampe. Les résultats sont récapitulés dans le tableau ci-dessous :
Mesure 1Mesure 2Mesure 3Tension6V12V15VIntensité0.86A1.25A1.41APuissance électrique reçue5.16W15W21.15W
D'après le tableau, la tension nominale de la lampe est égale à 12V.
En effet, sur l' ampoule, il est inscrit 15W. Or, parmi toutes les mesures, seule la mesure 2 donne une puissance électrique égale à cette valeur inscrite. Par conséquent, la mesure 2 donne les valeurs (tension et intensité) nominale de la lampe.
b) La tension appliquée à la lampe lors de la mesure 1 est égale à 6V, elle est donc inférieure à la tension nominale qui est de 12V.
La tension appliquée à la lampe étant à la tension nominale alors, la lampe brillera, mais faiblement.
Exercice 11
Recopions et complétons les phrases suivantes :
L'énergie que possède un corps suspendu à une certaine hauteur du sol est appelée énergie potentielle.
L'énergie cinétique est la forme d'énergie que possède un système en mouvement.
L'énergie mécanique d'un corps est la somme de son énergie potentielle et de son énergie cinétique.
Au cour du mouvement de chute d'un objet, son énergie potentielle est convertie en énergie cinétique.
Un chargeur de portable convertit l'énergie électrique en énergie chimique.
Les photopiles transforment l'énergie lumineux en énergie électrique.
Une pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique ; un fer à repasser électrique transforme l'énergie électrique en énergie thermique.
Le rendement d'un moteur est le rapport de l'énergie utile à l'énergie absorbée.
Exercice 12
Un champion de tennis a réalisé un service en communiquant à une balle de masse m=55g une vitesse de 217km.h−1
1) Convertissons cette vitesse en m⋅s−1
On sait que : 1km=103m et 1h=3600s
Donc,
217km/h=217km1h=217⋅103m3600s=217m3.6s=60.277m1s=60.277m.s−1
D'où, v=60.277m.s−1
2) En déduisons l'énergie cinétique fournie à la balle.
L'énergie cinétique fournie à la balle est donnée par la relation :
Ec=12×m×v2
avec, m=55g=55⋅10−3kg et v=60.277m.s−1
Ainsi : Ec=12×55⋅10−3×(60.277)2=99.916
D'où, Ec=99.916J
Exercice 13
Une mangue de masse m=120g est située sur un arbre à la hauteur h=3.2m
Déterminons l'énergie potentielle de pesanteur de cette mangue
Soit : Ep=m×g×h avec, m=120g=120⋅10−3kg
A.N : Ep=120⋅10−3×9.8×3.2=3.76
Donc, Ep=3.76J
Exercice 14
1) Calculons l'énergie cinétique d'un camion, de masse 30 tonnes, roulant en ville à 30km.h−1 Soit :
Ec=12m×v2
Convertissons la masse m en kilogramme et la vitesse en m.s−1
On a : 1 tonne=103kg donc, m=30 tonne=30⋅103kg
aussi, 1km.h−1=1000m3600s=0.277m.s−1 donc, 30km.h−1=30×0.277m.s−1=8.31m.s−1
avec, m=30 tonne=30⋅103kg
Ainsi : Ec=30⋅103×(8.31)22=1035841.5
D'où, Ec=1035841.5J
2) Déterminons la vitesse avec laquelle une voiture de masse 1300kg devrait rouler pour avoir la même énergie cinétique
Comme Ec=12m×v2 alors, m×v2=2×Ec
Ce qui donne : v2=2×Ecm
Par suite, v=√2×Ecm
A.N : v=√2×1035841.51300=39.92
D'où, v=39.92m.s−1
Exercice 15
Un conducteur ohmique de résistance R=100Ω est traversé par un courant d'intensité
I=25mA pendant une durée t=5 minutes.
1) L'effet Joule est la caractéristique d'un conducteur à dégagé de la chaleur par passage du courant électrique.
2) Calculons la puissance Joule pour ce conducteur ohmique.
Soit : P=U×I or, d'après la loi d'Ohm, U=R×I
Donc, en remplaçant U par R×I, on obtient :
P=R×I2
A.N : P=100×(25⋅10−3)2=0.0625
D'où, P=0.0625W
3) Calculons l'énergie dissipée par effet Joule pour ce conducteur ohmique en joules et en kWh.
− énergie en joule
On a : E=U×I×t or, U×I=P
Donc, E=P×t avec, t=5mn=5×60s=300s
A.N : E=0.0625×300=18.75
Ainsi, E=18.75J
− énergie en kWh :
On a : 1kWh=103Wh et 1Wh=3600J
alors,
1kWh=103Wh=3600103J=3.6106J
A.N : E=18.753.6106=5.20810−6
D'où, E=5.20810−6kWh
Exercice 16
Un appartement possède les équipements suivants :
7 lampes de 9W, 4 ventilateurs de 75W, un réfrigérateur de 120W, un téléviseur de 200W et un fer à repasser de 1.2kW
1) Déterminons la puissance électrique totale de cet appartement si tous les appareils fonctionnent. Soit :
PTotale=Plampes+Pventil+Préfrig+Ptélé+Pfer
Ainsi,
PTotale=7×9+4×75+120+200+1.2103=63+300+120+200+1200=1883
D'où, PTotale=1883W
2) Le tableau suivant donne le temps moyen de fonctionnement de chaque appareil.
AppareilsLamperéfrigérateurTéléviseurFer à repasserVentilateurtemps4h18h8h 30min15min6h
Calculons, en kilowattheure, l'énergie électrique consommée en 60 jours.
On sait que l'énergie consommée est donnée par : E=P×t
Calculons l'énergie consommée par chaque appareil en 60 jours :
− Lampes
Une lampe fonctionne en moyenne 4h par jour pour une puissance de 9W=9.10−3kW
Donc, l'énergie consommée par les 7 lampes pour une durée de 60 jours est donnée par :
Elampes=7×9.10−3×4×60=15.2
Ainsi, Elampes=15.2kWh
− Réfrigérateur
Le réfrigérateur, avec une puissance de 120W=120.10−3kW, fonctionne en moyenne 18h par jour.
Donc, pour 60 jours, on a :
Eréfrig=120.10−3×18×60=129.6kWh
D'où, Eréfrig=129.6kWh
− Téléviseur
Le téléviseur, avec une puissance de 200W=200.10−3kW, fonctionne en moyenne 8h 30mn par jour ; soit : 8h+12h=8h+0.5h=8.5h
Par suite, la consommation en 60 jours est donnée par :
Etélé=200.10−3×8.5×60=102
Ainsi, Etélé=102kWh
− Fer à repasser
Le fer à repasser fonctionne en moyenne 15mn par jour, soit : 14h=0.25h
Donc, Efer=1.2×0.25×60=18
Ainsi, Efer=18kWh
− ventilateurs
Un ventilateur, avec une puissance de 75W=75.10−3kW, fonctionne en moyenne 6h par jour.
Donc, l'énergie consommée par les 4 ventilateurs pour une durée de 60 jours est donnée par :
Eventil=4×75.10−3×6×60=108
Ce qui donne, Eventil=108kWh
Ainsi, l'énergie électrique totale consommée en 60 jours est donnée par :
ETotale=Elampes+Eréfrig+Etélé+Efer+Eventil
A.N : ETotale=15.2+129.6+102+18+108=372.8
D'où, ETotale=372.8kWh
3) Calculons le prix à payer pour une consommation bimensuelle.
La consommation bimensuelle est une consommation de deux mois ; soit 60 jours.
Comme la SENELEC vend en moyenne le kWh à 113 F alors, le prix à payer pour une consommation de 60 jours sera donné par :
Prix=113×ETotale
A.N : Prix=113×372.8=42126.4
D'où, Prix=42126.4 F
4) Chaque appareil transforme de l'énergie électrique en d'autres formes d'énergies.
Donnons ces autres formes d'énergies pour la lampe, le fer à repasser et le ventilateur.
− Pour la lampe ; l'énergie électrique est transformée en énergie lumineux.
− Pour le fer à repasser ; l'énergie électrique est transformée en énergie thermique.
− Pour le ventilateur ; l'énergie électrique est transformée en énergie cinétique.
Commentaires
Aziz rayan (non vérifié)
ven, 06/19/2020 - 18:34
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Formation
Mouhamed pam (non vérifié)
ven, 06/16/2023 - 22:12
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Exercice 4 est faux l'énergie
Zahra (non vérifié)
dim, 06/23/2024 - 14:25
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