Ressources · 3ᵉ · Physique
Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure
Énergie reçue par un appareil électrique : E = P × t en joules, en wattheures et en kilowattheures, conversions ; compteur, index et coût de l’électricité ; effet Joule, énergie dissipée et rendement ; réduire sa consommation en agissant sur la puissance ou sur la durée
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – La journée d’un studio ★★
(4 pts)Voici les appareils utilisés en une journée dans un studio. Le kWh coûte 0,20 €.
| Appareil | Puissance | Durée |
| Plaque de cuisson | 2 000 W | 45 min |
| Ordinateur portable | 65 W | 6 h |
| Réfrigérateur | 90 W | 8 h (son moteur ne tourne que 8 h sur 24) |
| Box internet | 12 W | 24 h |
- a)Calcule l’énergie consommée par la plaque de cuisson, en kWh.
- b)Calcule l’énergie consommée par chacun des trois autres appareils, en kWh.
- c)Calcule le coût de l’électricité consommée par ces quatre appareils dans la journée, arrondi au centime.
- d)La puissance du réfrigérateur est plus de 20 fois plus petite que celle de la plaque. Consomme-t-il 20 fois moins d’énergie ? Explique.
Exercice 2 – Du joule au kilowattheure ★★
(4 pts)Un fer à repasser de 2,4 kW est utilisé pendant 35 min.
- a)Calcule l’énergie reçue par le fer, en joules.
- b)Convertis ce résultat en kWh, puis vérifie-le par un calcul direct en kWh.
- c)Cette énergie suffirait-elle à une veilleuse de 5 W allumée pendant une semaine entière (168 h) ? Justifie.
- d)Le fer reste ensuite branché en veille (2 W) pendant 23 h. Calcule l’énergie de veille en kWh et compare-la à celle du repassage.
Exercice 3 – Le relevé du compteur ★★
(4 pts)Le 1er novembre, l’index du compteur de la famille Morel est 25 836 kWh ; le 1er décembre, il est de 26 251 kWh. Le kWh coûte 0,20 €.
- a)Calcule l’énergie électrique consommée en novembre.
- b)Calcule le coût de cette énergie.
- c)La voiture électrique de la famille se recharge chaque jour sur une prise renforcée de 3,2 kW, pendant 2 h 45 min. Calcule l’énergie consommée par ces recharges sur les 30 jours de novembre, puis la part qu’elle représente dans la consommation du mois.
- d)Avec l’option heures creuses, la voiture se rechargerait la nuit à 0,16 € le kWh. Combien la famille aurait-elle économisé sur les recharges de ce mois ?
Exercice 4 – Le moteur d’une pompe de piscine ★★★
(4 pts)Le moteur de la pompe d’une piscine reçoit une puissance électrique de 736 W et transmet à l’eau une puissance mécanique de 552 W. La pompe tourne 6 h par jour ; le kWh coûte 0,20 €.
- a)Calcule le rendement du moteur, en pourcentage.
- b)Quelle puissance est perdue ? Sous quelle forme ? Comment s’appelle ce phénomène ?
- c)Calcule l’énergie électrique reçue par le moteur en une journée, en kWh, puis son coût, arrondi au centime.
- d)Calcule l’énergie perdue en une journée, en kWh puis en joules.
Exercice 5 – Vrai ou faux : justifie ★★★
(4 pts)Pour chaque affirmation, dis si elle est vraie ou fausse, puis justifie par une phrase ou un calcul.
- a)« Un appareil de 2 000 W consomme forcément plus d’énergie qu’un appareil de 100 W. »
- b)« Pour un four de 3 kW qui cuit pendant 45 min, E = 3 × 45 = 135 kWh. »
- c)« Sur ma facture, je paie environ 0,20 € par kilowatt. »
- d)« Un moteur qui reçoit 300 J et fournit 360 J a un rendement de 120 % : c’est un excellent moteur. »
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Exercice 1 – La journée d’un studio ★★
(4 pts)- a)45 min = 0,75 h ; E = 2 kW × 0,75 h = 1,5 kWh. (1)
- b)Ordinateur : 0,065 × 6 = 0,39 kWh ; réfrigérateur : 0,09 × 8 = 0,72 kWh ; box : 0,012 × 24 = 0,288 kWh. (1)
- c)Total : 1,5 + 0,39 + 0,72 + 0,288 = 2,898 kWh ; coût : 2,898 × 0,20 = 0,5796 ≈ 0,58 €. (1)
- d)Non : 1,5 ÷ 0,72 ≈ 2, il consomme seulement environ 2 fois moins. L’énergie dépend de la puissance ET de la durée : le réfrigérateur fonctionne 8 h, la plaque 45 min. (1)
Méthode — Puissance en kW × durée en h = kWh ; on additionne les kWh, puis × le prix.
Exercice 2 – Du joule au kilowattheure ★★
(4 pts)- a)35 min = 35 × 60 = 2 100 s ; E = 2 400 × 2 100 = 5 040 000 J. (1)
- b)5 040 000 ÷ 3 600 000 = 1,4 kWh ; vérification : 2,4 kW × 35/60 h = 1,4 kWh. (1)
- c)La veilleuse consomme 5 × 168 = 840 Wh = 0,84 kWh, moins que 1,4 kWh : oui, il resterait 0,56 kWh. (1)
- d)2 × 23 = 46 Wh = 0,046 kWh ; 1,4 ÷ 0,046 ≈ 30 : la veille consomme environ 30 fois moins que le repassage, mais pour rien. Il vaut mieux débrancher le fer. (1)
Repère — W et s → J ; kW et h → kWh ; 1 kWh = 3 600 000 J.
Exercice 3 – Le relevé du compteur ★★
(4 pts)- a)26 251 − 25 836 = 415 kWh. (1)
- b)415 × 0,20 = 83 €. (1)
- c)2 h 45 min = 2,75 h ; par jour : 3,2 × 2,75 = 8,8 kWh ; en 30 jours : 8,8 × 30 = 264 kWh. Part : 264 ÷ 415 ≈ 0,64, soit environ 64 % : presque les deux tiers de la consommation du mois. (1)
- d)264 × (0,20 − 0,16) = 264 × 0,04 = 10,56 €. L’énergie consommée reste la même : seul le prix du kWh change. (1)
Méthode — Index de fin − index de début = kWh consommés ; kWh × prix = coût.
Exercice 4 – Le moteur d’une pompe de piscine ★★★
(4 pts)- a)Rendement = 552 ÷ 736 = 0,75, soit 75 %. (1)
- b)736 − 552 = 184 W sont perdus sous forme de chaleur (énergie thermique) : c’est l’effet Joule, ici subi. (1)
- c)0,736 kW × 6 h = 4,416 kWh ; coût : 4,416 × 0,20 = 0,8832 ≈ 0,88 €. (1)
- d)0,184 kW × 6 h = 1,104 kWh ; 1,104 × 3 600 000 = 3 974 400 J, soit environ 4 MJ. (1)
Le point clé — Reçue = utile + dissipée ; rendement = utile ÷ reçue, inférieur à 100 % pour un moteur, qui chauffe toujours un peu.
Exercice 5 – Vrai ou faux : justifie ★★★
(4 pts)- a)Faux : l’énergie dépend aussi de la durée. 2 000 W pendant 3 min : 2 × 0,05 = 0,1 kWh ; 100 W pendant 5 h : 0,1 × 5 = 0,5 kWh, cinq fois plus. (1)
- b)Faux : avec des kW, la durée doit être en heures. 45 min = 0,75 h ; E = 3 × 0,75 = 2,25 kWh. (1)
- c)Faux : on paie l’énergie consommée, environ 0,20 € par kilowattheure (kWh), pas la puissance. (1)
- d)Faux : un rendement ne peut pas dépasser 100 % ; le moteur fournirait plus d’énergie qu’il n’en reçoit. La mesure est fausse. (1)
Le point clé — Puissance (W) ≠ énergie (J, kWh) ; E = P × t avec des unités cohérentes.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de physique 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — La journée d’un studio ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Du joule au kilowattheure ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Le relevé du compteur ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Le moteur d’une pompe de piscine ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Vrai ou faux : justifie ★★★/ 4 pts
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de physique de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure » du programme officiel de physique en troisième.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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