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Physique · Classe de 3ᵉ

Puissance et énergie électrique

Bilan énergétique d'un circuit, rendement d'un convertisseur

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Puissance et énergie électrique » en troisième permet de faire le point sur ses connaissances en physique, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de troisième et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Rappels : tension, intensité et résistance, La puissance électrique : P = U × I, Puissance et loi d'Ohm : P = R × I², L'énergie électrique : E = P × t. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième en physique.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Puissance d'une résistance chauffante

/ 4 pts
  1. Une résistance chauffante de R = 28,75 Ω est alimentée sous U = 230 V. Calcule l'intensité I qui la traverse. (1 pt)
  2. Calcule la puissance électrique P de cette résistance. (1 pt)
  3. Cette résistance fonctionne pendant t = 15 minutes. Calcule l'énergie E consommée en joules. (1 pt)
  4. Exprime cette énergie en kilowattheures. (1 pt)

Exercice 2 — Rendement d'un moteur électrique

/ 5 pts
  1. Un moteur de voiture électrique est alimenté sous U = 400 V avec une intensité I = 25 A. Calcule la puissance électrique totale Ptotale reçue par le moteur. (1 pt)
  2. Ce moteur développe une puissance mécanique utile Pméca = 8 500 W. Calcule son rendement η. (1 pt)
  3. Exprime ce rendement en pourcentage. (0,5 pt)
  4. Calcule la puissance dissipée par effet Joule dans les bobines du moteur. (1 pt)
  5. Lors d'un trajet, le moteur fonctionne à pleine puissance pendant 30 minutes. Quelle énergie électrique totale a-t-il consommée, en kWh ? (1,5 pt)

Exercice 3 — Bilan de consommation électrique

/ 5 pts
  1. Un logement contient les appareils suivants allumés simultanément : four à micro-ondes (900 W), ordinateur portable (65 W), télévision (110 W), réfrigérateur (150 W). Calcule la puissance totale consommée. (1 pt)
  2. Le disjoncteur du logement est réglé à 16 A sous 230 V. Calcule l'intensité maximale que peut fournir l'installation. (1 pt)
  3. L'installation peut-elle supporter tous ces appareils simultanément ? Justifie. (1 pt)
  4. Le réfrigérateur fonctionne 24 h/24, 365 jours/an. Calcule son énergie annuelle consommée en kWh. (1 pt)
  5. Au prix de 0,25 €/kWh, quel est le coût annuel du réfrigérateur ? (1 pt)

Exercice 4 — Effet Joule dans une ligne électrique

/ 3 pts
  1. Une ligne électrique transporte un courant I = 50 A. La ligne a une résistance totale r = 2 Ω. Calcule la puissance dissipée par effet Joule dans la ligne. (1 pt)
  2. Pour transporter la même puissance, on augmente la tension : le courant passe à I' = 5 A. Calcule la nouvelle puissance perdue par effet Joule. (1 pt)
  3. Quel est le rapport entre les deux puissances dissipées ? Pourquoi transporte-t-on l'électricité à haute tension ? (1 pt)

Exercice 5 — Panneau photovoltaïque et rendement

/ 3 pts
  1. Un panneau photovoltaïque de surface S = 1,5 m² reçoit un éclairement de 800 W/m². Calcule la puissance lumineuse totale reçue. (0,5 pt)
  2. Le panneau produit Pélec = 216 W. Calcule son rendement η. (1 pt)
  3. Sur une journée ensoleillée de 7 heures, quelle énergie électrique ce panneau produit-il, en kWh ? (0,5 pt)
  4. Combien d'ampoules LED de 12 W peut-on alimenter simultanément avec ce panneau (supposé produire 216 W en continu) ? (1 pt)
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Puissance d'une résistance chauffante
1. Calcul de l'intensité I
On utilise la loi d'Ohm : U = R × I, donc I = U / R.
I = 230 / 28,75 = 8 A

2. Calcul de la puissance électrique P
On utilise la formule de la puissance : P = U × I.
P = 230 × 8 = 1 840 W
(On peut aussi utiliser P = U² / R = 230² / 28,75 = 52 900 / 28,75 = 1 840 W. ✓)

3. Calcul de l'énergie E en joules
On convertit d'abord la durée : t = 15 min × 60 s/min = 900 s.
Puis on applique : E = P × t.
E = 1 840 × 900 = 1 656 000 J

4. Conversion en kilowattheures
On utilise la relation 1 kWh = 3 600 000 J, ou bien on recalcule directement :
P = 1,84 kW et t = 15/60 h = 0,25 h
E = 1,84 × 0,25 = 0,46 kWh

Exercice 2 — Rendement d'un moteur électrique
1. Calcul de la puissance totale reçue
Ptotale = U × I = 400 × 25 = 10 000 W

2. Calcul du rendement η
η = Putile / Ptotale = 8 500 / 10 000 = 0,85

3. Rendement en pourcentage
η = 0,85 × 100 = 85 %

4. Puissance dissipée par effet Joule
L'énergie qui n'est pas convertie en énergie mécanique est dissipée sous forme de chaleur (effet Joule) :
PJoule = Ptotale − Putile = 10 000 − 8 500 = 1 500 W

5. Énergie électrique totale consommée en kWh
Durée : t = 30 min = 0,5 h
E = Ptotale × t = 10 000 W × 0,5 h = 5 000 Wh
E = 5 kWh

Exercice 3 — Bilan de consommation électrique
1. Puissance totale consommée
Ptot = 900 + 65 + 110 + 150 = 1 225 W

2. Intensité maximale de l'installation
Le disjoncteur est réglé à 16 A sous 230 V. L'intensité maximale autorisée est donc :
Imax = 16 A
La puissance maximale correspondante est :
Pmax = U × Imax = 230 × 16 = 3 680 W

3. L'installation peut-elle tout supporter ?
La puissance totale des appareils est 1 225 W, soit une intensité :
I = Ptot / U = 1 225 / 230 ≈ 5,3 A
5,3 A < 16 A : oui, l'installation peut supporter tous ces appareils simultanément, car l'intensité consommée est bien inférieure à l'intensité maximale du disjoncteur.

4. Énergie annuelle du réfrigérateur en kWh
t = 24 h/j × 365 j = 8 760 h
E = P × t = 0,150 kW × 8 760 h = 1 314 kWh

5. Coût annuel du réfrigérateur
Coût = E × prix = 1 314 × 0,25 = 328,50 €

Exercice 4 — Effet Joule dans une ligne électrique
1. Puissance dissipée par effet Joule (I = 50 A)
On applique la formule de l'effet Joule : PJoule = r × I²
PJoule = 2 × 50²= 2 × 2 500 = 5 000 W

2. Nouvelle puissance perdue (I' = 5 A)
P'Joule = r × I'² = 2 × 5² = 2 × 25 = 50 W

3. Rapport entre les deux puissances et justification
PJoule / P'Joule = 5 000 / 50 = 100
Les pertes sont 100 fois plus grandes quand l'intensité est 10 fois plus élevée (car P = r × I² : la puissance dissipée est proportionnelle au carré de l'intensité).
C'est pourquoi on transporte l'électricité à haute tension : pour une même puissance transportée (P = U × I), augmenter U permet de réduire I, ce qui diminue considérablement les pertes par effet Joule dans les lignes.

Exercice 5 — Panneau photovoltaïque et rendement
1. Puissance lumineuse totale reçue
Plumière = éclairement × surface = 800 × 1,5 = 1 200 W

2. Calcul du rendement η
η = Pélec / Plumière = 216 / 1 200 = 0,18 = 18 %

3. Énergie électrique produite en une journée ensoleillée de 7 h
E = Pélec × t = 0,216 kW × 7 h = 1,512 kWh

4. Nombre d'ampoules LED de 12 W pouvant être alimentées
Le panneau produit 216 W en continu. Chaque ampoule consomme 12 W.
n = Pélec / Pampoule = 216 / 12 = 18 ampoules

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