Transfert d'énergie: exercices (2)

[Justine]

Bonjour, j'ai 5 long exercices à faire, voici les 3 premiers:

Exercice III:
Les conducteurs ohmiques utilisés dans les circuits électroniques ont une taille qui dépend de la puissance maximale qu'ils peuvent recevoir. Pour les plus petits : Pmax= 0,25 W.
On dispose d'un de ces conducteurs ohmiques, appelés « quart de watt », de résistance R = 27 .
a. Quelle intensité maximale peut traverser ce conducteur sans le détériorer ?
P = RI²
0,25 = 27 I²
0,25/27 =I²
I=racine(o,25/27)
I=racine3 / 18
I = 96.10^-3 A

b. En déduire la tension maximale entre ses bornes;
U = RI
U = 27 * 0,096
U = 2,6 V
la tension maximale entre ses bornes est de 2,6V.

Est-ce correct ?

Exercice V:
Un chauffe-eau solaire répond au besoin croissant d’investir dans le développement durable.
Il fonctionne au moyen de capteurs solaires qui absorbent le rayonnement solaire et convertit son énergie en énergie thermique pour chauffer de l’eau.
Ce dispositif permet de réaliser, à l’usage, environ 70 % d’économie d’énergie par rapport à un chauffe-eau électrique.
1)Quel est l’intérêt d’investir dans le développement durable ?
2)Quelle ressource énergétique utilise le chauffe-eau solaire ? Pourquoi peut-on la qualifier de renouvelable ?
3)Une famille de quatre personnes utilise un chauffe-eau électrique de 2000 W fonctionnant 7 heures par jour.
a)Calculer le coût annuel de fonctionnement de ce chauffe-eau.
b)Si cette famille remplace ce chauffe-eau électrique par un chauffe-eau solaire, de quel montant diminuera sa facture d’électricité ?
c)« S’équiper d’un chauffe-eau solaire est avant tout une démarche citoyenne. ». Expliquer cette réflexion.
4)Représenter la chaîne énergétique associée au chauffe-eau solaire.
Donnée : prix du kW.h électrique : 0,07880 € TTC


1)Intérêt d’investir dans le développement durable :
Les ressources d’origine fossile (charbon, pétrole, gaz) et d’origine nucléaire (uranium) sont des ressources non renouvelables et polluantes.
Pour préserver l’environnement et économiser les énergies non renouvelables, il faut utiliser le plus possible les ressources énergétiques renouvelables comme l’énergie solaire qui est non polluante.

2)Ressource énergétique utilise le chauffe-eau solaire :
Le chauffe-eau solaire utilise l’énergie solaire.
C’est une énergie renouvelable.
Définition pour la ressource renouvelable :
Lorsque le stock de ressource énergétique se reconstitue aussi vite qu’il ne disparaît ou lorsque cette ressource est quasi illimitée (à notre échelle de temps),
On dit que cette ressource est renouvelable.

3)Calcul énergétique :
a)Coût annuel de fonctionnement de ce chauffe-eau :
Consommation annuelle :
Ean = P . Δt
Ean = 2000 x (7 x 365,25 x 3600)
Ean ≈ 1,84 x 1010 J = 5,11x 103 kW. H
Coût annuel :
Can = Ean . p
Can ≈ 5,11x 103 x 0,07880
Can ≈ 4,03 x 102 € TTC = 403 € TTC

b)- Économie réalisée avec un chauffe-eau solaire :
« Ce dispositif permet de réaliser, à l’usage, environ 70 % d’économie d’énergie par rapport à un chauffe-eau électrique. »
Eco= (70/100) *Can
Eco=(70/100) * 403
Eco= 282euro TTC

c)« S’équiper d’un chauffe-eau solaire est avant tout une démarche citoyenne. » :
Un chauffe-eau solaire coûte plus cher à l’achat qu’un chauffe-eau électrique. En tenant compte du prix d’achat, l’économie réalisée est minime.

Est-ce correct ?

Exercice VI:
On compare avant achat deux lave-linge, un de classe A+, l'autre de classe C. L'utilisation moyenne du lave-linge est de 200 cycles par an. Chaque cycle dure en moyenne 150 minutes.
Document :
lave linge classe A+ : prix : 449 €
puissance moyenne : 0.90 kW par cycle
lave linge classe C : prix : 280 €
puissance moyenne 1.3 kW par cycle

1. Calculer l'énergie consommée par chacun de ces appareils au cours d'un cycle de fonctionnement.
2.a Calculer le coût annuel de fonctionnement de chaque lave-linge.
b. Quelle économie annuelle réalise-t-on avec l’acquisition du lave-linge de type A+ ?
3. Ce choix d’appareil est-il économique?
Sachant que prix du kW.h est de 0.07880 €

1)Faut-il utiliser la formule E=P*t ? Je ne sais pas comment m'y prendre.

Cordialement.

[SoS(14)]

Justine,

Pour le premier exo (III) c'est bon sauf qu'il manque l'unité de la résistance, les ohms.
Pour le deuxième exo (IV) c'est bon, mais il manque la réponse au 4.
Pour le dernier (le V), en effet il faut utiliser E = P.delta(t).

Sos(14)

[Justine]

Exercice IV, question 4 : voir fichier joint.

Exercice VI:
1)
150 min = 150*60 = 9000s
Soit, E = P.delta(t)
Alors, E(A+)= 0,90.10^3 * 9000= 8100000 W
et E(C)= 1,3.10^3 * 9000= 11700000 W

L'énergie consommé, au cours d'un cycle de fonctionnement, par le lave-linge de classe A+ est de 81.10^5W et par le lave-linge de classe C est de 117.10^5 W.

2)a)
150min = 150/60=2.5 heures

Pour lave-linge de classe A+:
Énergie consommé au cours d'un cycle de fonctionnement : 8100.10^3kW
Cout annuel de fonctionnement : 8100.10^3kW * 2,5 * 0,07880 = 15957.10^4

Pour lave-linge de classe C:
Énergie consommé au cours d'un cycle de fonctionnement : 11700.10^3kW
Cout annuel de fonctionnement :11700.10^3kW * 2,5 * 0,07880 = 23049.10^4

b)
23049.10^4 - 15957.10^4= 7092.10^4 euro
Avec l'acquisition du lave-linge A+ on réalise 7092.10^4 euro d'économie.

c) Ce choix est en effet économique, même s'il est plus cher à l'achat, il est rentable à long terme.

Cordialement

[SoS(14)]

Bonjour Justine,

Pour le schéma des échanges d'énergie : TB
Pour les calculs concernant les lave-linges, soit la nuit ne vous a porté conseil, soit vous n'aimez pas ces appareils électroménagers ...

L'unité de votre premier calcul (et les suivants) d'énergie est faux

Alors, E(A+)= 0,90.10^3 * 9000= 8100000 W

L'unité de l'énergie est le JOULE, le kWh est accepté dans le cas de grande consommation ou d'appareils électroménagers, l'électron-Volt est valable pour les très petites quantité d'énergie (utilisée au niveau microscopique et en dessous) !

Tous ces calculs sont à revoir, parce que si le coût de fonctionnement annuel d'un lave linge performant (A+) était de

15957.10^4

soit environ 160 millions d'euro !!! nous serions beaucoup à être sales !!!

Sos(14)

[Justine]

Bonjour, veuillez m'excuser pour l'incohérence de mes résultats précédents.

Exercice VI:
1)
150 min = 150*60 = 9000s
Soit, E = P.delta(t)
Alors, E(A+)= 0,90.10^3 * 9000= 81.10^5 J
et E(C)= 1,3.10^3 * 9000= 117.10^5 J
Du coup je ne sais plus comment m'y prendre. Ces résultats sont-il corrects ?

Exercice I:
1) voir schéma en fichier joint
2) L'intensité est la plus grande dans la branche avec l'ampèremètre 1.
3) Je dirais 20mA, mais je ne suis pas sur.


Exercice II:
1) voir schéma en fichier joint
2) On utilise la relation U = U1 + U2 + U3
3) ?

Cordialement.

[SoS(14)]

Justine,

Ok pour vos deux résultats d'énergie en Joule.
Puis ensuite, vous reprenez le même type de calcul qu'hier (avec les bonnes unités !)

Pour les deux autres exos :

exo 1 : 1 et 2 Ok
pour la 3 pensez à une règle du cours concernant les circuits avec dérivation, qu'on appelle la loi de n....

exo 2:
1/ ok
2/ certes c'est la bonne relation sauf qu'ici il n'y a pas de U1; U2 et U3 ... on vous demande la valeur de UEF
3/ fléchage ok, puis il faut répondre à la 2 pour conclure ...

Sos(14)

[Justine]

Exercice VI:
1)
150 min = 150*60 = 9000s
Soit, E = P.delta(t)
Alors, E(A+)= 0,90.10^3 * 9000= 81.10^5 J
et E(C)= 1,3.10^3 * 9000= 117.10^5 J
L'énergie consommé, au cours d'un cycle de fonctionnement, par le lave-linge de classe A+ est de 81.10^5J et par le lave-linge de classe C est de 117.10^5J.

2)a)
150min = 150/60=2.5 heures

Pour lave-linge de classe A+:
Énergie consommé au cours d'un cycle de fonctionnement : 81.10^5J
Cout annuel de fonctionnement : 81.10^5 * 2,5 * 0,07880 = 15957.10^2

Pour lave-linge de classe C:
Énergie consommé au cours d'un cycle de fonctionnement : 117.10^5J
Cout annuel de fonctionnement :117.10^5 * 2,5 * 0,07880 = 23049.10^2

J'ai corrigé au niveau des unités, mais je ne sais pas quels calculs faire.

Exercice I:
3)
Je ne vois pas de quelle loi vous voulez utiliser.
Je pensais utiliser la loi d'additivité ? En faisant I=I1+I2=20+15=35mA.


Exercice II:
2) Uef = Upn + Uab + Ucd = 12+3+3,5= 18,5V
Est-ce cela ?

Cordialement.

[SoS(14)]

Justine,

Pour les unités de l'énergie de la 1), c'est bon.
Pour la 2), vos calculs sont faux sur la forme (pas dans le fond).
Le prix est donné en € par kWh, donc il faut calculer à nouveau l'énergie mais en kWh et non en J ; et pour cela exprimer la durée en heure (ça c'est bon) et la puissance en kW !!
N'oubliez pas qu'en une année il y a plusieurs cycles de fonctionnement !

Exo 1
Oui c'est ça

Je pensais utiliser la loi d'additivité

, "l'ancien nom" est la loi des noeuds ...

Pour l'exo 2 :
attention la loi d'additivité des tensions dans un circuit série fonctionne sur le même moule (mais ce n'est pas du tout la même chose) que la loi de Chasles pour les vecteurs ...AB = AC + CB (en vecteurs) si vous voyez ce que je veux dire. Votre calcul de Uef est faux donc.

Sos(14)

[Justine]

Je suis désolée mais je ne comprends pas comment faire pour l'exercice VI 2) et l'exercice II.

exercice VI, 2):
8100000 J = 2.25 kWh
Cout annuel de fonctionnement : (2.25 * 2,5 * 0,07880)*200 =88,65
et,
11700000 J = 3.25 kWh
Cout annuel de fonctionnement : (3.25 * 2,5 * 0,07880)*200 =128,05

exercice II:
Je ne comprends pas pourquoi on doit utiliser la relation de Chasles. Et comment l'utiliser dans ce cas ?

Cordialement.

[SoS(14)]

Justine,

Je reprends vos expressions :

(2.25 * 2,5 * 0,07880)*200 =88,65

Pourquoi multipliez à nouveau par 2,5 h alors que 2,25 est déjà en kWh !!!! enlevez ce 2,5 surnuméraire et tout ira très bien

De même pour

(3.25 * 2,5 * 0,07880)*200

là aussi le 2,5 est en trop !

Pour l'exercice II

Je ne comprends pas pourquoi on doit utiliser la relation de Chasles.

Non je n'ai pas écrit qu'il fallait utiliser la relation de Chasles, la loi d'additivité des tensions dans un circuit série

fonctionne sur le même moule (mais ce n'est pas du tout la même chose)

.
Reprenez votre expression

Uef = Upn + Uab + Ucd

mais ré-écrivez la correctement si vous préférez.

Sos(14)

[Justine]

Donc pour l'exercice VI, 2):
a)
8100000 J = 2.25 kWh
Cout annuel de fonctionnement : (2.25 * 0,07880)*200 =35,46 euro
et,
11700000 J = 3.25 kWh
Cout annuel de fonctionnement : (3.25 * 0,07880)*200 =51,22 euro

b)
51,22-35,46=15,76 euro
Avec l'acquisition du lave-linge A+ on réalise 15 euro76 d'économie.

Cordialement.

[SoS(29)]

Bonjour.
Bonnes réponses.
Au sujet de la question 3 de cet exo.

3. Ce choix d’appareil est-il économique?

On réalise environ 16 € d'économie pour un surcoût à l'achat de 169 €.
Il faut donc 10 ans avant de rentabiliser cet achat !!!!
Je ne suis par sur qu'une telle durée de "vie" soit prévue par le constructeur (sic !)

[Justine]

Bonjour,

Exercice IV:
2.c) Ce choix d’appareil est-il économique?
On réalise environ 16 € d'économie pour un surcoût à l'achat de 449 € (et non 169...).
Il faut donc 10 ans avant de rentabiliser cet achat.
Par conséquent, si le lave-linge arrive A+ à fonctionner plus de 10, ce qui est peut probable, alors il sera rentable.
A l'inverse, le lave-linge A+ ne sera pas économique.


Exercice IV:
Uef = Upn + Uab + Ucd
Je ne comprends VRAIMENT pas ce que je dois faire de cette expression.

Cordialement.

[SoS(29)]

Re.

Exercice IV:
2.c) Ce choix d’appareil est-il économique?
On réalise environ 16 € d'économie pour un surcoût à l'achat de 449 € (et non 169...).
Il faut donc 10 ans avant de rentabiliser cet achat.
Par conséquent, si le lave-linge arrive A+ à fonctionner plus de 10, ce qui est peut probable, alors il sera rentable.
A l'inverse, le lave-linge A+ ne sera pas économique.

Ok.
Par contre au sujet de votre interrogation :

Exercice IV:
Uef = Upn + Uab + Ucd
Je ne comprends VRAIMENT pas ce que je dois faire de cette expression.

Pourriez-vous "re-poster" l'énoncé ? Je n'arrive pas à le retrouver dans la suite des différents partages.

[Justine]

Bonsoir,

Veuillez m'excuser, il s'agissait de l'exercice n°II (et non IV):
Exercice II:
Question 2)
Uef = Upn + Uab + Ucd
Je ne comprends VRAIMENT pas ce que je dois faire de cette expression.

Cordialement.