QCM Conversions d'énergie (tableau) Conversions d'énergie (Questy) Conversions d'énergie bis (tableau) Conversions d'énergie bis (Questy)

 

Exercices : énoncé avec correction

1)- Exercice 17 page 172.

2)- Exercice 19 page 172.

3)- Exercice 26 page 174.

Pour aller plus loin : 

I- Étude énergétique aux bornes d’un récepteur actif.

1)- Loi d’Ohm relative à un récepteur actif.

- Comme récepteur actif, on connaît le moteur et l’électrolyseur.

- Schéma :

-  La tension U_AB aux bornes d’un récepteur actif, parcouru par un courant d’intensité I qui le traverse de A vers B est donnée par la relation suivante : 

-  U_AB = E’  +  r’ . I

- Cette relation exprime l’équation de la partie linéarisée de la caractéristique intensité – tension d’un récepteur actif :

- C’est une modélisation.

2)- Bilan énergétique.

- Un récepteur électrique actif est un convertisseur d’énergie.

- Il convertit une partie de l’énergie électrique qu’il reçoit en une autre forme d’énergie autre que la chaleur.

- Énergie reçue par le récepteur, parcouru par un courant d’intensité I qui le traverse de A vers B, pendant la durée Δt :

- W_E  = U_AB . I . Δt

- W_E  = (E’  +  r’ . I) . I . Δt

- En développant, on obtient :

- W_E  = E’ . I . Δt   +  r’. I ² . Δt   avec W_u  = E’ . I . Δt   et W_j  =  Q_j  =  r’. I ². Δt

- Récapitulatif :

- Principe de conservation de l’énergie : W_E  = W_u  + W_j

- Schéma :

3)- Rendement d’un récepteur.

- Toute l’énergie reçue par le récepteur électrique W_E n’est pas convertie en énergie utile W_u

- Une partie de l’énergie est dissipée par effet joule.

- On définit ainsi le rendement du récepteur :

- Le rendement d’un récepteur est le rapport de l’énergie utile W_u par l’énergie totale reçue W_E par le récepteur :

-  

- Remarques :

-  Le rendement est un nombre qui n’a pas d’unité

- Un rendement est toujours inférieur à 1 : η < 1

- Un rendement peut s’exprimer en pourcentage, dans ce cas : η < 100 %.

4)- Bilan de puissance.

- Pour obtenir le bilan de puissance, on divise l’expression du bilan énergétique par la durée Δt .

- 

- Remarque :

-  Expression du rendement :

- 

II- Étude énergétique aux bornes d’un générateur électrique.

1)- Loi d’ohm relative à un générateur linéaire.

- Comme générateur, on connaît la pile électrochimique ou l’accumulateur électrique, la batterie.

- Schéma :

- La tension U_PN aux bornes d’un générateur, qui délivre un courant d’intensité I, qui le traverse de N vers P , est donnée par la relation suivante :

- U_PN = E  −  r . I

- Cette relation exprime l’équation de la partie linéarisée de la caractéristique intensité – tension d’un générateur :

- C’est une modélisation.

-  Exemple :

2)- Bilan énergétique.

- Le générateur est un convertisseur d’énergie. Il convertit une partie de l’énergie qu’il reçoit en énergie électrique.

- Énergie fournie par le générateur, qui délivre un courant d’intensité I qui le traverse de N vers P, pendant la durée Δt :

- W_E  = U_PN . I . Δt

- W_E  = (E  -  r . I) . I . Δt t

- En développant, on obtient :

- W_E  = E . I . Δt   -  r. I ² . Δt   avec W_g  = E . I . Δt   et W_j  =  Q_j  =  r. I ². Δt

- Récapitulatif :

- Principe de conservation de l’énergie : W_E  = W_g  − W_j   =>    W_g  = W_E  + W_j

- Schéma :

3)- Rendement d’un générateur.

- Le rendement d’un générateur est le rapport de l’énergie utile W_E par l’énergie totale W_g :

- 

- Remarques : le rendement est un nombre qui n’a pas d’unité

- Un rendement est toujours inférieur à 1 : η < 1

- Un rendement peut s’exprimer en pourcentage, dans ce cas : η < 100 %.

4)- Bilan de puissance.

- Pour obtenir le bilan de puissance, on divise l’expression du bilan énergétique par la durée Δt.

- 

 - Remarque : expression du rendement : .

5)- Le générateur idéal de tension.

- Un générateur idéal de tension maintient entre ses bornes une tension constante U_PN = E quel que soit le courant I qu’il débite.

- En réalité, le générateur idéal de tension n’existe pas.

- Au-delà d’une limite de l’intensité du courant I_max la tension délivrée par le générateur de tension chute brutalement.

- Représentation symbolique :

- Caractéristique :

III- Variation du potentiel électrique dans un circuit.

1)- Potentiel électrique et sens du courant.

- Considérons un circuit constitué d’un générateur et de différents récepteurs en série.

- Donner l’expression de l’énergie électrique W_Eg transférée au circuit par le générateur pendant la durée Δt.

- W_Eg  = U_PN . I . Δt   > 0  avec  U_PN  = V_P  −  V_N  > 0

- Donner l’expression de l’énergie reçue par l’électrolyseur W ₁ pendant la durée Δt.

- W₁ =  U_AB . I . Δt   > 0   avec  U_AB  = V_A  −  V_B  > 0

- Donner l’expression de l’énergie reçue W ₂ par le conducteur ohmique.

- W₂ =  U_BC . I . Δt   > 0  avec  U_BC  = V_B  −  V_C  > 0

- D’autre part : U_PA  = V_P  −  V_A  = 0  et  U_CN  = V_C  −  V_N  = 0 

- On peut déduire de ceci que : V_P  =  V_A  >  V_B  > V_C  =  V_N 

- Le potentiel électrique est une grandeur qui décroit de la borne Å  à la borne Q du générateur, à l’extérieur du générateur.

- À l’extérieur du générateur, le courant circule dans le sens des potentiels décroissants.

2)- Mesure du potentiel électrique.

-  Un voltmètre ne mesure que la différence de potentiel entre deux points d’un circuit.

- Il ne nous renseigne pas sur la valeur du potentiel du point A ou du point B.

- De même la mesure de la différence de niveaux ou de la dénivellation ne nous renseigne pas sur la valeur de l’altitude du point A ou du point B.

- Pour connaître l’altitude d’un point au voisinage de la Terre , on choisit un niveau de référence auquel on donne l’altitude zéro.

-  Souvent, le niveau de référence est le niveau de la mer.

- De même, le potentiel électrique d’un point du circuit n’est défini que par rapport à un niveau de référence.

-  Pour connaître le potentiel électrique d’un point d’un circuit, il faut choisir un point du circuit comme référence.

- On écrit : U_AB  = V_A − V_B : V_A est le potentiel du point A et V_B est le potentiel du point B.

- L’unité est le volt.

- Si on choisit le point B comme référence, alors par convention :  V_B = 0 V et U_AB  = V_A – 0    =>    U_AB  = V_A .

- Dans ce cas, on dit aussi que le point B du circuit est la masse du montage.

- Remarque : le point de référence est choisi de façon arbitraire.

- Il faut toujours spécifier la masse sur un montage.

- Symbole de la masse :

- Lorsque le circuit comporte un générateur, on choisit comme référence la borne négative du générateur :

- Dans ce cas :  V_N  = 0

IV- Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices :