Cours – L`effet joule - 2e BEP Electro Descartes

Cours – L’effet joule
BEP Métiers de l’électrotechnique
Classe : 2ME
EFFET JOULE
Objectif
Savoirs :
Lieu :
Salle de cours &
salle de mesures
Identifier la notion d’effet joule et de puissance dissipée dans un résistor.
S 0.1 : Circuits parcourus par un courant continu :
- Puissance et énergie.
Résistance, puissance électrique.
Prérequis
On donne
Livre de cours :
PARTIE 2 : L’Effet joule.
Fiches guide
Sujets d’expérimentations
On demande
Répondre aux questions posées
dans le document en se referant au
livre de cours.
Réaliser les expérimentations en
salle de mesures.
On exige
Connaître la relation entre la
puissance, la résistance et l’intensité
responsable de la dissipation
thermique par effet joule : P=RI²
Etape
Etapes du déroulement :
1
On donne
On demande
4
Fiches de cours
Vidéo EP12 : Les 3
emplois de l’électricité.
Expériences :
- Mesurer la puissance et
comparer avec la
dissipation thermique
• Livre NATHAN chap. :
PARTIE 2 : L’Effet
joule.
• Fiche de cours :
5
•
2
3
•
•
•
•
•
•
Exercices d’application •
•
6
•
Synthèse et correction
•
7
•
Evaluation
•
Expériences associées :
Références :
Capacité
C1 S’informer
Participation aux questions
posées par la vidéo
Avant de démarrer.
Participation à l’expérience :
On exige
•
•
Tableau de mesures à
compléter.
Lire le chapitre correspondant. •
Répondre aux questions
posées dans la fiche en se
referant au livre de cours.
Faire les exercices donnés en
fin de chapitre.
Faire exercice complémentaire
donné en fin de séance.
Participer à l’élaboration
collective de la synthèse.
Revoir l’essentiel à retenir
donné dans le support de
cours.
Retenir les points importants,
se faire expliquer les termes
techniques inconnus.
Notion d’effet joule
Le chapitre est lu
F1 Organisation
Classe
groupe
Maison
Maison
ou classe
•
Vérifier et revoir les erreurs
•
Evaluation portant sur les
cours Résistance et loi d’ohm
& variation résistance.
Classe
entière
30 mn
en
groupe
Compétences
C1-1 Décoder les schémas, plans et descriptifs.
C1-2 Prendre en compte les consignes verbales et écrites.
Fiche n° 1
Classe
entière
Au travers du travail sur document,
les relations entre puissance et
énergie sont apprises
• Les réponses sont complètes
et correctes.
THEME D1 : Déterminer la puissance installée d’une habitation
TP8 : Mesure de puissance
TP9 : Mesure d’énergie
Fonction
Condition
& lieu
Classe
entière
Durée :
4h
Cours – L’effet joule
L’EFFET JOULE
1
INTRODUCTION
La circulation du courant électrique provoque des échauffements. L’énergie produite par ce
dégagement de chaleur est appelé effet joule.
AVANT DE DEMARRER…
Echauffement d’un corps
Pour échauffer un corps, il faut fournir une certaine quantité d’énergie. Cette quantité d’energie à
fournir varie en fonction de la substance à chauffer.
Comment appelle-t-on la caractéristique des matériaux liée a l’échauffement ?
La capacité thermique massique
Indiquer son symbole et l’unité correspondante.
Symbole : c ; unité : J.kg-1.K-1
Compléter le tableau suivant :
Substance
Air
-1
-1
C (en J.kg .K )
990
Pétrole
Or
Cuivre
Aluminium
eau
2100
134
400
920
4190
Energie thermique nécessaire.
Donner la formule de l’énergie thermique d’un corps :
W=mc(θ2 – θ1)
avec
W = énergie en joule ( j )
M = masse (Kg)
c = capacité thermique ( J.kg-1.K-1)
(θ2 – θ1) = Différence de température de chauffe en (°C)
Application :
Quelle est la quantité d’énergie nécessaire pour chauffer un conducteur de cuivre d’un poids total de
1Kg à une température de 80°C ?
m = 1 ; c = 400
(θ2 – θ1) = 20-80 = 60°C
W=mc(θ2 – θ1) = 1 × 400 × 60
W = 2400 j soit 0,6 Wh
Fiche n° 2
Cours – L’effet joule
A SAVOIR…
LOI DE JOULE.
Energie thermique.
Lorsque le courant électrique traverse un élément conducteur, il se produit un dégagement de
chaleur, donc d’énergie thermique. Donner la formule mathématique correspondant à cette énergie :
W= RI²t
avec
W = énergie en joule ( Wh )
R = Résistance (Ω)
I = intensité ( A)
t = temps en heures (t)
Puissance dissipée par effet joule.
Sachant que W=Pxt, Donner la formule correspondant à la puissance thermique dissipée en fonction
de l’intensité:
P= RI²
avec
P = puissance en watt ( W )
R = Résistance (Ω)
I = intensité ( A)
APPLICATION DE L’ EFFET JOULE.
Indiquer pour quel type de récepteur la formule P=RI² est applicable et quelle condition il faut
remplir :
Un résistor ou un récepteur purement résistif
Citer différents exemples de récepteurs répondant à cette condition :
Chauffage électrique,
Eclairage à incandescence,
Pour un récepteur purement résistif, quelle égalité peut-on écrire ?
RI² = UI
PERTES PAR EFFET JOULE.
Nous avons vu dans le cours sur la puissance, qu’il y avait toujours, dans le cas d’une transformation
d’énergie, une partie de l’énergie perdue sous forme de chaleur.
Quelle expression utilise-t-on pour nommer ces pertes thermiques?
Pertes par effet joule
Fiche n° 3
Cours – L’effet joule
Sachant que Pa = Pu + Pp, remplacer Pa et Pp dans la formule ci-dessous :
UI = Pu + RI²
Faire le schéma de bilan des puissances ci-dessous en indiquant la puissance utile Pu, la puissance
électrique absorbée Pa et les pertes par effet joules Pp.
Pa=UI
Récepteur
électrique
Pu
Pp=RI²
Application :
Problème n°1 :
Un moteur électrique alimenté sous 230V absorbe une puissance électrique de 1,5KW
La résistance interne de l’appareil est de 5,29Ω
1)
2)
3)
4)
Calculer l’intensité traversant le moteur.
Calculer les pertes par effet joule.
Calculer la puissance utile du moteur.
Calculer le rendement de la machine.
Problème n°2 :
Un chauffe eau contient 300l. Quelle énergie est nécessaire pour élever la température de l’eau de
13°C à 60°C ? (1l d’eau = 1Kg)
Fiche n° 4
Cours – L’effet joule
L’EFFET JOULE.
A RETENIR
Energie thermique :
Expression de l’énergie thermique :
W= RI²t
Correspondances d’unités :
1Wh = 3600 J
1 calorie = 4,18 J
Puissance thermique :
P= RI²
Energie thermique nécessaire à l’élévation de température d’un corps :
W=mc(θ2 – θ1)
Expression du bilan de puissances en termes de pertes par effet joule :
UI = Pu + RI²
Remarque sur les correspondances :
1 cheval-vapeur = 736 watts
Au lieu de parler d'un moteur de 136 ch on indiquera une puissance de 10 kW
Nota : le cheval fiscal (CV) n'est pas une unité de puissance
Fiche n° 5