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Collège · 4ᵉ · Physique

Énergie électrique et puissance

Conversion d'énergie, calcul de la puissance et de l'énergie consommée

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Énergie électrique et puissance » en quatrième permet de faire le point sur ses connaissances en physique, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de quatrième et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : La puissance électrique : définition et formule, L'unité de puissance : le watt, L'énergie électrique : formule et unité, Le kilowattheure (kWh) et la facture d'électricité. 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 quatrième en physique.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00
Devoir surveillé · Physique
Énergie électrique et puissance
Classe de 4ᵉ
Durée : 55 min
Barème : / 20 points
Nom : ……………………………………………
Prénom : ……………………………………………

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 — Connaissances et formules

/ 4 pts
  1. Quelle est la formule de la puissance électrique ? Précise les unités de chaque grandeur.
  2. Quelle est la formule de l'énergie électrique consommée ? Précise les unités.
  3. Convertis 1 kWh en joules. Montre le calcul.
  4. Cite deux effets différents que peut produire l'énergie électrique dans un appareil.

Exercice 2 — Calcul de puissance et d'intensité

/ 5 pts
  1. Un aspirateur est branché sur le secteur (U = 230 V) et parcourue par un courant d'intensité I = 4,3 A. Calcule sa puissance P.
  2. Une machine à laver porte l'indication P = 2 300 W et fonctionne sous U = 230 V. Quelle est l'intensité du courant qui la traverse ?
  3. Un radiateur électrique a une puissance de P = 1 500 W. Exprimer cette puissance en kilowatts.
  4. Le radiateur fonctionne 6 h par jour. Calcule l'énergie consommée en kWh pour une journée.
  5. Au prix de 0,25 €/kWh, quel est le coût quotidien de fonctionnement de ce radiateur ?

Exercice 3 — Rendement d'un moteur

/ 5 pts

Un moteur électrique reçoit une énergie électrique de 6 000 J. Il fournit 4 800 J sous forme d'énergie mécanique.

  1. Calcule le rendement η du moteur. Donne le résultat en pourcentage.
  2. Quelle quantité d'énergie est dissipée sous forme de chaleur ?
  3. Quel nom donne-t-on à cet échauffement inévitable des conducteurs électriques ?
  4. Le moteur fonctionne à pleine puissance P = 3 000 W pendant 4 h. Calcule l'énergie électrique totale consommée en kWh.

Exercice 4 — Facture d'électricité et économies

/ 4 pts

Une famille utilise chaque jour : une télévision (P = 80 W, 5 h), un lave-vaisselle (P = 2 000 W, 1 h) et un réfrigérateur (P = 120 W, 24 h).

  1. Calcule l'énergie consommée par chaque appareil en une journée (en kWh).
  2. Calcule la consommation journalière totale de la famille (en kWh).
  3. Au prix de 0,25 €/kWh, quel est le coût journalier ?
  4. La famille remplace la TV par un modèle plus récent consommant P' = 50 W. Quelle économie (en kWh et en euros) réalise-t-elle en un an (365 jours, durée d'utilisation inchangée) ?

Exercice 5 — Problème ouvert : centrale solaire

/ 2 pts

Une centrale solaire est composée de 500 panneaux de rendement η = 18 %. Chaque panneau a une surface de 2 m² et reçoit un éclairement de 1 000 W/m².

  1. Calcule la puissance électrique fournie par un panneau.
  2. Calcule la puissance électrique totale de la centrale en kW.
  3. Cette centrale fonctionne en moyenne 7 h par jour. Quelle énergie produit-elle en une journée (en kWh) ?
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie

Exercice 1 — Connaissances et formules
1. Formule de la puissance électrique :
P = U × I
Où :

  • P = puissance électrique, en watts (W)
  • U = tension électrique, en volts (V)
  • I = intensité du courant, en ampères (A)

2. Formule de l'énergie électrique consommée :
E = P × t
Où :
  • E = énergie électrique, en joules (J)
  • P = puissance, en watts (W)
  • t = durée, en secondes (s)
Remarque : On peut aussi écrire E (en kWh) = P (en kW) × t (en h).

3. Conversion de 1 kWh en joules :
1 kWh = 1 kilowattheure = énergie consommée par un appareil de 1 kW pendant 1 heure.
1 kWh = 1 000 W × 3 600 s
1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 × 106 J

4. Deux effets différents de l'énergie électrique :
  • Effet thermique (Joule) : échauffement d'un conducteur (ex : résistance de radiateur, grille-pain).
  • Effet lumineux : production de lumière (ex : ampoule, LED).
Autres réponses acceptées : effet mécanique (moteur), effet chimique (électrolyse), effet sonore (haut-parleur).

Exercice 2 — Calcul de puissance et d'intensité
1. Puissance de l'aspirateur :
Données : U = 230 V, I = 4,3 A
Formule : P = U × I
Application numérique : P = 230 × 4,3
P = 989 W ≈ 990 W

2. Intensité dans la machine à laver :
Données : P = 2 300 W, U = 230 V
Formule : I = P ÷ U
Application numérique : I = 2 300 ÷ 230
I = 10 A

3. Puissance du radiateur en kilowatts :
P = 1 500 W
1 kW = 1 000 W
P = 1 500 ÷ 1 000 = 1,5 kW

4. Énergie consommée en une journée :
Données : P = 1,5 kW, t = 6 h
Formule : E = P × t
Application numérique : E = 1,5 × 6
E = 9 kWh

5. Coût quotidien de fonctionnement :
Données : E = 9 kWh, prix = 0,25 €/kWh
Formule : Coût = E × prix
Application numérique : Coût = 9 × 0,25
Coût = 2,25 €

Exercice 3 — Rendement d'un moteur
Données de la situation : énergie électrique reçue = 6 000 J, énergie mécanique fournie = 4 800 J.

a) Calcul du rendement η :
Formule : η = Eutile ÷ Etotale
Application numérique : η = 4 800 ÷ 6 000 = 0,8
η = 0,8 soit 80 %
Justification : Le rendement mesure la proportion d'énergie effectivement utilisée sous la forme souhaitée (ici mécanique) par rapport à l'énergie totale reçue.

b) Énergie dissipée sous forme de chaleur :
Echaleur = Etotale − Eutile
Echaleur = 6 000 − 4 800
Echaleur = 1 200 J
Justification : La conservation de l'énergie impose que Etotale = Eutile + Edissipée.

c) Nom de cet échauffement :
Cet échauffement inévitable des conducteurs électriques s'appelle l'effet Joule.

d) Énergie totale consommée en 4 h :
Données : P = 3 000 W = 3 kW, t = 4 h
Formule : E = P × t
Application numérique : E = 3 × 4
E = 12 kWh

Exercice 4 — Facture d'électricité et économies
Appareils utilisés chaque jour : télévision (P = 80 W, 5 h), lave-vaisselle (P = 2 000 W, 1 h), réfrigérateur (P = 120 W, 24 h).

a) Énergie consommée par chaque appareil en une journée :

  • Télévision : ETV = P × t = 0,080 kW × 5 h = 0,4 kWh
  • Lave-vaisselle : ELV = 2 kW × 1 h = 2 kWh
  • Réfrigérateur : ERéf = 0,120 kW × 24 h = 2,88 kWh

b) Consommation journalière totale :
Etotal = 0,4 + 2 + 2,88
Etotal = 5,28 kWh

c) Coût journalier :
Coût = Etotal × prix = 5,28 × 0,25
Coût = 1,32 €

d) Économie annuelle en remplaçant la TV :
Ancienne TV : P = 80 W = 0,080 kW ; nouvelle TV : P' = 50 W = 0,050 kW
Différence de puissance : ΔP = 80 − 50 = 30 W = 0,030 kW
Économie quotidienne en énergie : ΔEjour = 0,030 × 5 = 0,15 kWh
Économie annuelle en énergie : ΔEan = 0,15 × 365 = 54,75 kWh
Économie financière annuelle : Économie = 54,75 × 0,25 = 13,69 €

Exercice 5 — Problème ouvert : centrale solaire
Données : 500 panneaux, rendement η = 18 % = 0,18, surface par panneau = 2 m², éclairement = 1 000 W/m².

a) Puissance électrique fournie par un panneau :
Puissance lumineuse reçue par un panneau :
Plum = éclairement × surface = 1 000 × 2 = 2 000 W
Puissance électrique fournie :
Pél = η × Plum = 0,18 × 2 000
Pél = 360 W par panneau

b) Puissance électrique totale de la centrale :
Ptotal = 500 × 360 = 180 000 W
Ptotal = 180 kW
Justification : On multiplie la puissance d'un panneau par le nombre total de panneaux.

c) Énergie produite en une journée :
Données : Ptotal = 180 kW, t = 7 h
Formule : E = P × t
Application numérique : E = 180 × 7
E = 1 260 kWh

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