L'Énergie d'une Lampe de Poche : Courant, Puissance et Durée
Comment une petite pile peut-elle allumer une ampoule ?
Tu utilises sûrement des appareils électriques tous les jours : une lampe de poche, une télécommande, un téléphone... Tous ces appareils fonctionnent grâce à l'énergie électrique. Cette énergie est fournie par une source (comme une pile ou une prise de courant) et est transportée par le courant électrique. La puissance électrique d'un appareil nous dit à quelle vitesse il consomme cette énergie. Dans cet exercice, nous allons explorer ces notions avec l'exemple d'une simple lampe de poche.
Mission : Calculer la puissance et l'énergie d'une lampe
Voici les informations techniques :
Les formules importantes à retenir sont :
Schéma : Circuit simple d'une lampe de poche
La pile fournit une tension, l'interrupteur fermé permet au courant de circuler et d'allumer l'ampoule.
Questions à résoudre
- Qu'est-ce que la tension électrique (\(U\)) et quelle est son unité ? Qu'est-ce que l'intensité du courant électrique (\(I\)) et quelle est son unité ?
- Calcule la puissance électrique (\(P\)) de l'ampoule de la lampe de poche lorsque celle-ci est allumée. Donne ton résultat en Watts (W).
- Sarah utilise sa lampe pendant \(15 \text{ minutes}\). Convertis cette durée en secondes (\(s\)).
- Calcule l'énergie électrique (\(E\)) consommée par l'ampoule pendant ces \(15 \text{ minutes}\) d'utilisation. Donne ton résultat en Joules (J).
- Si Sarah utilisait une ampoule moins puissante, par exemple de \(0,5 \text{ W}\), mais avec la même pile (même tension \(U\)) :
- Quelle serait l'intensité du courant \(I'\) traversant cette nouvelle ampoule ? (Utilise \(P = U \times I\))
- Cette nouvelle ampoule éclairerait-elle plus ou moins fort que la première ? Pourquoi ?
- Si la pile a une capacité totale d'énergie de \(5400 \text{ J}\), combien de temps (en minutes) Sarah pourrait-elle utiliser sa lampe de poche initiale (celle calculée à la question 2) avant que la pile ne soit vide ?
Correction : L'Énergie d'une Lampe de Poche
Question 1 : Tension et Intensité
Réponse :
La tension électrique (\(U\)) représente la "force" ou la "pression" qui pousse les charges électriques dans un circuit. On peut la comparer à la pression de l'eau dans un tuyau. Son unité est le Volt (V).
L'intensité du courant électrique (\(I\)) représente le "débit" des charges électriques, c'est-à-dire la quantité de charges qui passent en un point du circuit par unité de temps. On peut la comparer au débit d'eau dans un tuyau. Son unité est l'Ampère (A).
Question 2 : Calcul de la puissance électrique de l'ampoule
Réponse :
On utilise la formule \(P = U \times I\).
Données : \(U = 4,5 \text{ V}\), \(I = 0,2 \text{ A}\).
La puissance électrique de l'ampoule est de \(0,9 \text{ Watts (W)}\).
Question 3 : Conversion du temps en secondes
Réponse :
Sarah utilise sa lampe pendant \(t = 15 \text{ minutes}\).
Comme \(1 \text{ minute} = 60 \text{ secondes}\) :
La durée d'utilisation est de \(900 \text{ secondes}\).
Question 4 : Calcul de l'énergie électrique consommée
Réponse :
On utilise la formule \(E = P \times t\).
Données : \(P = 0,9 \text{ W}\) (calculé à la question 2), \(t = 900 \text{ s}\) (calculé à la question 3).
L'énergie électrique consommée par l'ampoule est de \(810 \text{ Joules (J)}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si Sarah utilisait sa lampe deux fois plus longtemps (\(30 \text{ minutes}\)), l'énergie consommée serait :
Question 5 : Ampoule moins puissante
Réponse a) Intensité du courant \(I'\) :
On utilise la formule \(P = U \times I\), donc \(I = \frac{P}{U}\).
Données : Nouvelle puissance \(P' = 0,5 \text{ W}\), Tension \(U = 4,5 \text{ V}\) (la pile est la même).
L'intensité du courant traversant la nouvelle ampoule serait d'environ \(0,111 \text{ A}\).
Réponse b) Luminosité de la nouvelle ampoule :
La nouvelle ampoule (\(0,5 \text{ W}\)) est moins puissante que la première (\(0,9 \text{ W}\)). Une ampoule moins puissante convertit moins d'énergie électrique en énergie lumineuse (et thermique) par seconde.
Donc, cette nouvelle ampoule éclairerait moins fort que la première.
Question 6 : Durée de vie de la pile
Réponse :
L'énergie totale de la pile est \(E_{\text{pile}} = 5400 \text{ J}\).
La puissance de la lampe initiale est \(P = 0,9 \text{ W}\).
On utilise la formule \(t = \frac{E}{P}\).
Pour convertir en minutes : \(t_{\text{pile en minutes}} = \frac{6000 \text{ s}}{60 \text{ s/minute}} = 100 \text{ minutes}\).
Sarah pourrait utiliser sa lampe pendant \(100 \text{ minutes}\) (soit \(1 \text{ heure et } 40 \text{ minutes}\)) avant que la pile ne soit vide.
Quiz Intermédiaire 2 : Si la tension d'une pile double et que l'intensité du courant reste la même, la puissance consommée par l'ampoule :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La puissance électrique se mesure en :
2. Si une ampoule a une tension de \(6 \text{ V}\) à ses bornes et est traversée par un courant de \(0,5 \text{ A}\), sa puissance est de :
3. L'énergie électrique consommée est égale à :
Glossaire
- Circuit Électrique
- Ensemble de composants (pile, fils, interrupteur, lampe, etc.) reliés entre eux pour permettre la circulation d'un courant électrique.
- Tension Électrique (\(U\))
- Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle est la "cause" qui met les charges électriques en mouvement. Unité : Volt (V).
- Intensité du Courant Électrique (\(I\))
- Quantité de charges électriques qui traversent une section d'un circuit par unité de temps. C'est le "débit" du courant. Unité : Ampère (A).
- Puissance Électrique (\(P\))
- Vitesse à laquelle l'énergie électrique est transférée ou consommée par un appareil. Unité : Watt (W).
- Énergie Électrique (\(E\))
- Quantité d'électricité consommée ou fournie. Unité : Joule (J). On utilise aussi le Watt-heure (Wh) ou le kilowatt-heure (kWh).
- Volt (V)
- Unité de mesure de la tension électrique.
- Ampère (A)
- Unité de mesure de l'intensité du courant électrique.
- Watt (W)
- Unité de mesure de la puissance électrique. \(1 \text{ W} = 1 \text{ J/s}\).
- Joule (J)
- Unité de mesure de l'énergie.
- Pile (ou Générateur)
- Source qui fournit l'énergie électrique nécessaire pour faire circuler un courant dans un circuit.
- Récepteur
- Appareil qui consomme de l'énergie électrique pour la transformer en une autre forme d'énergie (ex: une lampe transforme l'énergie électrique en lumière et chaleur).
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