cours et exercices
Un radiateur possède une plaque signalétique sur laquelle est inscrit les mentions suivantes :
1) Quelle est la puissance du courant électrique qui le traverse ?
il faut lire l’étiquette et cherche une puissance en watt (W) : on peut lire 1200W
2) Calculer l’énergie consommée lorsque le radiateur est allumé pendant 6h dans une journée.
E = P × t ;
E en Joules, P en watt, t en secondes
E = 1200 × 6 × 3600 = 25 920 000 = 25,92MJ
On peut également calculer en Wh, on trouve 1200 × 6 = 7200 Wh
1) Une lampe de bureau puissance 80 W fonctionne pendant 2h30. Quelle énergie électrique consomme-t-elle ? Donner le résultat d’abord en Wattheure puis en Joules.
E = P × t, on prend P en watt et t en heure pour avoir des Wh
Il faut transformer 2h30 en nombre décimal. Transformons tout en minutes pour comprendre :
2h30 = 2×60min + 30 min = 150 min = 150 ÷ 60 = 2,5 heures
ALORS :
E = 80 × 2,5 = 200
La lampe consomme 200 Wh
De même,
E = 80 * 150 × 60 (il y a 60 secondes par minutes)
E = 720 000
On peut également retrouver ce calcul à partir des heures :
E = 80 × 2,5 × 3600 (il y a 3600 secondes dans 1 heure)
La lampe consomme 720000 Joules
2) Un four de puissance 200 W fonctionne pendant 45 min. Quelle énergie électrique est consommée ?
45 min = « trois quarts d’heure » = 3÷4 d’heure = 0,75heure
E = 200 × 0,75 = 75 × 2 = 150 (pas besoin de calculatrice)
Le four consomme 150 Wh
Un radiateur à eau chaude a une puissance nominale de 1 200 W.
Il est alimenté en eau chaude par la chaudière (Et) et restitue une partie de cette énergie thermique dans la pièce (Er).
a. Calculer l’énergie nominale restituée dans la pièce pendant une heure de fonctionnement.
L’énergies nominale est l’énergie en fonctionnement normale.
E = P × t = 1 200 × 1 = 1200 Wh
b. L’énergie thermique fournie par la chaudière pour chauffer l’eau est 1.53 kWh. Calculer le rendement n du radiateur.
n = énergie utile ÷ énergie totale ; il faut que tous les nombres soient dans la même unité.
n = 1,2 ÷ 1,53 = 0,78
Le rendement est de 78%
Le circuit d’un chauffe-eau solaire est schématisé ci-dessous:
a. Identifier le mode de transfert de l’énergie du soleil au panneau solaire.
b. Un essai d’utilisation du chauffe-eau a donné les résultats suivants :
– débit de l’eau circulant dans le capteur D = 20 L/h ;
– température d’entrée de l’eau θ1 = 15°C ;
– température de sortie de l’eau θ2 = 40 °C.
Calculer la quantité de chaleur absorbée par l’eau circulant dans le capteur pendant une heure.
Exprimer le résultat en kJ el en kWh.
Donnée : capacité thermique massique de l’eau c = 4,18 J/(g.°C)
c. Calculer la puissance thermique du chauffe-eau lors de l’essai.
d. La surface du capteur est S = 2m² . La puissance solaire disponible pendant l’essai est de 800 W / m².
Définir le rendement du chauffe-eau. Calculer ce rendement.
Une entreprise propose une publicité pour comparer différents matériaux isolants.
a. Quelle relation permet de calculer la résistance thermique R d’un matériau?
b. Les matériaux proposés présentent-ils la même résistance thermique ? Quelle est sa saleur ?
a. Un mur comporte trois épaisseurs de matériaux de résistance thermique R1, R2, et R3. Quelle est la résistance thermique R du mur ?
b. Un mur comporte de l’intérieur vers l’extérieur :
– une paroi de placoplâtre de 1 cm d’épaisseur (conductivité thermique λ = 0,46 W/ (m•K) ) ;
– une couche de laine de verre de 10 cm d’épaisseur (conductivité thermique λ = 0.041 W/ (m•K) ) ;
– une paroi on brique de 20 cm d’épaisseur (Conductivité thermique λ = 0,84 W/(m. K) ).
Calculer la résistance thermique du mur.
a. Rappeler ta formule donnant la résistance thermique d’un matériau en fonction de son épaisseur e et de sa conductivité thermique λ Indiquer les unités utilisées.
Calculer la résistance thermique de la laine de verre d’épaisseur 200mm et de conductivité thermique λ = 0,035 W / ( m.K).
La loi exprimant le flux thermique à travers une paroi est :
Φ= \cfrac{λ×A×(θ_1 - θ_2)}{e}Calculer le flux thermique à travers une paroi en bois dont les caractéristiques sont les suivantes :
λ : conductivité thermique du bois : 0.15 W/(m•K) ;
A : aire de la surface d’échange : 10 m2 ;
θ1: température de la zone froide en kelvin : 273 K ;
θ2 : température de la zone chaude en kelvin : 293 K ;
e : épaisseur : 0.10 m.
Φ= \cfrac{0,15×10×(273 - 293)}{0,10} = - 300b. En quelle unité est exprimé le flux thermique ?
Φ= \cfrac{[W/(m×K)]×[m²]×[sans\ unité]}{[m]} \\= \frac{[W]×[m ×m]}{[m×K] × [m] } \\= \frac{[W]×[\utilde{m} ×\utilde{m}]}{[\utilde{m}×K] × [\utilde{m}] } \\= \frac{[W]}{[K] } Un salon de coiffure comprend :
1) Quelle est l’énergie électrique consommée en une journée sachant que ces appareils fonctionnent en moyenne 3h par jour.
Il faut calculer l’énergie consommée en 3h pour les 14 appareils.
E = P × t = ( 6 × 100 + 4 × 200 + 4 × 1200 ) × 3
= ( 6 × 1 + 4 × 2 + 4 × 12 ) × 3 × 100 (on factorise par 100)
= 62 × 3 × 100
= 18 600 Wh, encore une fois pas besoin de calculatrice!!
Le salon consomme en moyenne 18,6 kWh par jour
2) Sachant que le salon est ouvert 20 jours par mois, quelle est l’énergie consommée en 1 mois ?
20 × 18,6 = 372 kWh. Le salon consomme 372kWh par mois.
3) Sachant que EDF envoie une facture par trimestre, quelle est la dépense si le kWh est facturé 0,122€.
Il faut bien vérifier que la consommation est en kiloWattheures. 1kWh est facturé 0,122€, alors :
372 × 0,122 = 45,384
Le salon payera 45,38€ d’électricité par mois.