Td corrigé TD - Physique Appliquée pdf

TD - Physique Appliquée

TD Sciences Appliquées STS ...... équipé d'un moteur 36V continu , de puissance maximale 250W, alimenté par trois batteries de lithium polymère 12V, 11 A.h.




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TD Sciences Appliquées STS
Energies

 TOC \o "1-3" \h \z \u  HYPERLINK \l "_Toc399358976" Energies  PAGEREF _Toc399358976 \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc399358977" Exercice 1: Questions de cours  PAGEREF _Toc399358977 \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc399358978" Exercice 2: Energie d’une masse  PAGEREF _Toc399358978 \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc399358979" Exercice 3: Peut-on récupérer l'énergie de la foudre ? Solution : 3  PAGEREF _Toc399358979 \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc399358980" Exercice 4: Véhicule Annemasse Bogève : Solution : 1  PAGEREF _Toc399358980 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358981" Exercice 5: Ascenseur de la tour Sears : Solution : 5  PAGEREF _Toc399358981 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358982" Exercice 6: Consommation d’une ampoule : Solution : 6  PAGEREF _Toc399358982 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358983" Exercice 7: Nature des conversions d’énergie d’une voiture : Solution : 7  PAGEREF _Toc399358983 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358984" Exercice 8: Questions de cours sur les centrales nucléaire : Solution : 8  PAGEREF _Toc399358984 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358985" Exercice 9: Questions de cours sur les centrales thermiques : Solution : 9  PAGEREF _Toc399358985 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358986" Exercice 10: Questions de cours sur les centrales hydrauliques : Solution : 10  PAGEREF _Toc399358986 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358987" Exercice 11: Questions de cours sur les panneaux photovoltaïques : Solution : 11  PAGEREF _Toc399358987 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358988" Exercice 12: Questions de cours sur les éoliennes : Solution : 12  PAGEREF _Toc399358988 \h 4
 HYPERLINK \l "_Toc399358989" Exercice 13: Bilan de puissance d’un moteur électrique Solution : 13  PAGEREF _Toc399358989 \h 5
 HYPERLINK \l "_Toc399358990" Exercice 14: Travail d’une force de traction. Solution : 14  PAGEREF _Toc399358990 \h 5
 HYPERLINK \l "_Toc399358991" Exercice 15: Alberto Contador dans la montée du Plateau de Beille. Solution : 15  PAGEREF _Toc399358991 \h 5
 HYPERLINK \l "_Toc399358992" Exercice 16: Bilan énergétique d’un lève-vitre électrique. Solution : 16  PAGEREF _Toc399358992 \h 5
 HYPERLINK \l "_Toc399358993" Exercice 17: Skieur et télésiège. Solution : 17  PAGEREF _Toc399358993 \h 5
 HYPERLINK \l "_Toc399358994" Exercice 18: Bilan de puissance d’un moteur à courant continu. Solution : 18  PAGEREF _Toc399358994 \h 6
 HYPERLINK \l "_Toc399358995" Exercice 19: Groupe électrogène. Solution : 19  PAGEREF _Toc399358995 \h 6
 HYPERLINK \l "_Toc399358996" Exercice 20: Interrupteur électronique. Solution : 20  PAGEREF _Toc399358996 \h 6
 HYPERLINK \l "_Toc399358997" Exercice 21: Mcc à excitation indépendante. Solution : 21  PAGEREF _Toc399358997 \h 7
 HYPERLINK \l "_Toc399358998" Exercice 22: Bouilloire électrique. Solution : 22  PAGEREF _Toc399358998 \h 7
 HYPERLINK \l "_Toc399358999" Exercice 23: Cafetière électrique. Solution : 23  PAGEREF _Toc399358999 \h 7
 HYPERLINK \l "_Toc399359000" Exercice 24: Automobile. Solution : 24  PAGEREF _Toc399359000 \h 7
 HYPERLINK \l "_Toc399359001" Exercice 25: Uranium. Solution : 25  PAGEREF _Toc399359001 \h 8
 HYPERLINK \l "_Toc399359002" Exercice 26: Centrale nucléaire. Solution : 26  PAGEREF _Toc399359002 \h 8
 HYPERLINK \l "_Toc399359003" Exercice 27: Photovoltaïque. Solution : 27  PAGEREF _Toc399359003 \h 8
 HYPERLINK \l "_Toc399359004" Exercice 28: Centrale de Grand Maison : Solution : 28  PAGEREF _Toc399359004 \h 9
 HYPERLINK \l "_Toc399359005" Exercice 29: Bilan de puissance d’une centrale nucléaire : Solution : 29  PAGEREF _Toc399359005 \h 10
 HYPERLINK \l "_Toc399359006" Exercice 30: Batteries d’un véhicule électrique : Solution : 30  PAGEREF _Toc399359006 \h 11
 HYPERLINK \l "_Toc399359007" Exercice 31: BTS Et 2007 Metro  Batteries Peugeot 106 : Exercice 30:  PAGEREF _Toc399359007 \h 12
 HYPERLINK \l "_Toc399359008" Exercice 32: BTS Etk 2007 Nouméa (Solution : 32)  PAGEREF _Toc399359008 \h 12
 HYPERLINK \l "_Toc399359009" Exercice 33: BTS 2006 Nouméa Véhicule hybride (Solution : 32)  PAGEREF _Toc399359009 \h 14
 HYPERLINK \l "_Toc399359010" Exercice 34: Centrale hydraulique de Serre Ponçon : Solution : 34  PAGEREF _Toc399359010 \h 16
 HYPERLINK \l "_Toc399359011" Exercice 35: Etude d’un véhicule électrique Exercice 35:Etude d’un véhicule électrique  PAGEREF _Toc399359011 \h 16
 HYPERLINK \l "_Toc399359012" Exercice 36: Centrale thermique à flamme : Solution : 36  PAGEREF _Toc399359012 \h 17
 HYPERLINK \l "_Toc399359013" Exercice 37: Vélo électrique : Solution : 37  PAGEREF _Toc399359013 \h 18
 HYPERLINK \l "_Toc399359014" Exercice 38: Centrale hydraulique de montagne : Solution : 38  PAGEREF _Toc399359014 \h 18
 HYPERLINK \l "_Toc399359015" Exercice 39: BTS 2012 Nouméa Alimentation en énergie d’un site isolé (Solution : 39)  PAGEREF _Toc399359015 \h 19
 HYPERLINK \l "_Toc399359016" Exercice 40: BTS 2012 Métro Sucrerie (Solution : 40)  PAGEREF _Toc399359016 \h 22
 HYPERLINK \l "_Toc399359017" Energie Corrections  PAGEREF _Toc399359017 \h 23
 HYPERLINK \l "_Toc399359018" Solution : 1. Exercice 1:Questions de cours  PAGEREF _Toc399359018 \h 23
 HYPERLINK \l "_Toc399359019" Solution : 2. Exercice 2: Energie d’une masse  PAGEREF _Toc399359019 \h 23
 HYPERLINK \l "_Toc399359020" Solution : 3. Exercice 3:Peut-on récupérer l'énergie de la foudre ?  PAGEREF _Toc399359020 \h 23
 HYPERLINK \l "_Toc399359021" Solution : 4. Exercice 4:Véhicule Annemasse Bogève  PAGEREF _Toc399359021 \h 24
 HYPERLINK \l "_Toc399359022" Solution : 5. Exercice 5:Ascenseur de la tour Sears  PAGEREF _Toc399359022 \h 25
 HYPERLINK \l "_Toc399359023" Solution : 6. Exercice 6:Consommation d’une ampoule  PAGEREF _Toc399359023 \h 26
 HYPERLINK \l "_Toc399359024" Solution : 7. Exercice 7:Nature des conversions d’énergie d’une voiture  PAGEREF _Toc399359024 \h 26
 HYPERLINK \l "_Toc399359025" Solution : 8. Exercice 8:Questions de cours sur les centrales nucléaire  PAGEREF _Toc399359025 \h 26
 HYPERLINK \l "_Toc399359026" Solution : 9. Exercice 9:Questions de cours sur les centrales thermiques : Solution : 9  PAGEREF _Toc399359026 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359027" Solution : 10. Exercice 10:Questions de cours sur les centrales hydrauliques  PAGEREF _Toc399359027 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359028" Solution : 11. Exercice 11:Questions de cours sur les panneaux photovoltaïques  PAGEREF _Toc399359028 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359029" Solution : 12. Exercice 12:Questions de cours sur les éoliennes  PAGEREF _Toc399359029 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359030" Solution : 13. Exercice 13:Bilan de puissance d’un moteur électrique  PAGEREF _Toc399359030 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359031" Solution : 14. Exercice 14:Travail d’une force de traction.  PAGEREF _Toc399359031 \h 27
 HYPERLINK \l "_Toc399359032" Solution : 15. Exercice 15:Alberto Contador dans la montée du Plateau de Beille.  PAGEREF _Toc399359032 \h 28
 HYPERLINK \l "_Toc399359033" Solution : 16. Exercice 16:Bilan énergétique d’un lève-vitre électrique.  PAGEREF _Toc399359033 \h 28
 HYPERLINK \l "_Toc399359034" Solution : 17. Exercice 17:Skieur et télésiège.  PAGEREF _Toc399359034 \h 28
 HYPERLINK \l "_Toc399359035" Solution : 18. Exercice 18:Bilan de puissance d’un moteur à courant continu.  PAGEREF _Toc399359035 \h 28
 HYPERLINK \l "_Toc399359036" Solution : 19. Exercice 19:Groupe électrogène.  PAGEREF _Toc399359036 \h 29
 HYPERLINK \l "_Toc399359037" Solution : 20. Exercice 20:Interrupteur électronique.  PAGEREF _Toc399359037 \h 29
 HYPERLINK \l "_Toc399359038" Solution : 21. Exercice 21:Mcc à excitation indépendante.  PAGEREF _Toc399359038 \h 30
 HYPERLINK \l "_Toc399359039" Solution : 22. Exercice 22:Bouilloire électrique.  PAGEREF _Toc399359039 \h 30
 HYPERLINK \l "_Toc399359040" Solution : 23. Exercice 23:Cafetière électrique.  PAGEREF _Toc399359040 \h 30
 HYPERLINK \l "_Toc399359041" Solution : 24. Exercice 24:Automobile.  PAGEREF _Toc399359041 \h 31
 HYPERLINK \l "_Toc399359042" Solution : 25. Exercice 25:Uranium.  PAGEREF _Toc399359042 \h 31
 HYPERLINK \l "_Toc399359043" Solution : 26. Exercice 26:Centrale nucléaire.  PAGEREF _Toc399359043 \h 31
 HYPERLINK \l "_Toc399359044" Solution : 27. Exercice 27:Photovoltaïque.  PAGEREF _Toc399359044 \h 31
 HYPERLINK \l "_Toc399359045" Solution : 28. Exercice 28:Centrale de Grand Maison  PAGEREF _Toc399359045 \h 32
 HYPERLINK \l "_Toc399359046" Solution : 29. Exercice 29:Bilan de puissance d’une centrale nucléaire  PAGEREF _Toc399359046 \h 32
 HYPERLINK \l "_Toc399359047" Solution : 30. Exercice 30:Batteries d’un véhicule électrique  PAGEREF _Toc399359047 \h 33
 HYPERLINK \l "_Toc399359048" Solution : 31. Exercice 30:BTS Et 2007 Metro  Batteries Peugeot 106 : Exercice 30:  PAGEREF _Toc399359048 \h 33
 HYPERLINK \l "_Toc399359049" Solution : 32. Exercice 33:BTS 2006 Nouméa Véhicule hybride (Solution : 32)  PAGEREF _Toc399359049 \h 33
 HYPERLINK \l "_Toc399359050" Solution : 33. Exercice 32:BTS Etk 2007 Nouméa (Solution : 32)  PAGEREF _Toc399359050 \h 34
 HYPERLINK \l "_Toc399359051" Solution : 34. Exercice 34:Centrale hydraulique de Serre Ponçon  PAGEREF _Toc399359051 \h 35
 HYPERLINK \l "_Toc399359052" Solution : 35. Exercice 35:Etude d’un véhicule électrique  PAGEREF _Toc399359052 \h 35
 HYPERLINK \l "_Toc399359053" Solution : 36. Exercice 36:Centrale thermique à flamme  PAGEREF _Toc399359053 \h 37
 HYPERLINK \l "_Toc399359054" Solution : 37. Exercice 37:Vélo électrique  PAGEREF _Toc399359054 \h 37
 HYPERLINK \l "_Toc399359055" Solution : 38. Exercice 38:Centrale hydraulique de montagne  PAGEREF _Toc399359055 \h 37
 HYPERLINK \l "_Toc399359056" Solution : 39. Exercice 38: BTS 2012 Nouméa Alimentation en énergie d’un site isolé :  PAGEREF _Toc399359056 \h 38
 HYPERLINK \l "_Toc399359057" Solution : 40. Exercice 38:Exercice 40:BTS 2012 Métro Sucrerie (Solution : 40):  PAGEREF _Toc399359057 \h 40


Energies
 Questions de cours
Donnez l’expression du travail d’une force en translation ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de la puissance d’une force en translation ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression du travail d’une force en rotation ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de la puissance d’une force en rotation ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de l’énergie potentielle ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de l’énergie cinétique ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de l’énergie calorifique ainsi que les unités de chaque terme
Donnez l’expression de l’énergie électrique ainsi que les unités de chaque terme
Complétez le schéma et donnez 2 expressions du rendement à l’aide des diverses entrées et sorties du système
 EMBED Word.Picture.8  EMBED Equation.DSMT4 

 EMBED Equation.DSMT4  Energie d’une masse :  REF _Ref435079079 \h\n Solution : 2
Si l’on considère 100 kg de fonte poussés par un athlète sur 0.7 m de hauteur.
Quelle est l’énergie potentielle gagnée par cette fonte
Si l’athlète lâche brutalement ces poids, sous quelle forme se convertit-elle ?
Quelle est la vitesse atteinte en butée.
Lors d’une utilisation de l’agrée l’athlète effectue une montée et une descente toutes les 3 s, la phase de poussée dure 1 s et la phase
Quelle est la puissance développée par l’athlète, lors de la poussée et en moyenne si les montées et descentes se succèdent.
Le gérant estime que cette machine fonctionne environ 4h/j à ce régime
Quelle énergie quotidienne dispose-t-on.
Combien de temps peut-on faire fonctionner une ampoule à LED de 20 W
 INCLUDEPICTURE "https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQostcQWc62LfuVguhVhBR7L_UI1i7ukqx_Wtv1Q42FkNNC0eMA" \* MERGEFORMATINET  Peut-on récupérer l'énergie de la foudre ?  REF _Ref366058991 \h\n Solution : 3
Le champ électrique atmosphérique sous nuage orageux est de l'ordre de 20kV/m.
En moyenne, un éclair transporte Q=5 C.
Les nuages d’orages se situent en moyenne à 5000 m du sol.
Un éclair dure en moyenne 25ms
Quelle est la tension U entre le sol et le nuage
Quelle est l’énergie et la puissance d'un éclair d'orage (on se souviendra que  EMBED Equation.DSMT4 )?
Un orage a un nombre d'éclairs très variable, entre 10 et plusieurs milliers. Disons en moyenne 100 éclairs.
Quelle est l'énergie moyenne produite par un orage ?
Il y a environ 1 million d'éclairs par an sur la France.
Un foyer consomme une puissance moyenne de 4 kW
Quel est le nombre d'habitants que cette énergie pourrait alimenter en électricité pendant un an ?


 Véhicule Annemasse Bogève :  REF _Ref241230441 \h\n Solution : 1
Un véhicule automobile grimpe d’Annemasse à Bogève à pour finalement s’arrêter.
Enumérer les changements qui s’opèrent dans le véhicule lors de ce trajet.
Associer à chacun de ces changements le type d’énergie approprié.
Dessiner la chaîne énergétique entre le point de départ et l’arrivée.
 Ascenseur de la tour Sears :  REF _Ref274507612 \h\n Solution : 5
L'ascenseur express de la tour Sears à Chicago a une vitesse moyenne de 548,6 m/min, lors de sa montée au 103ème étage, à 408,4 m au-dessus du sol. Supposant que la charge totale est de 1,0.103 kg, et que la force de traction des câbles compense exactement le poids total de l'ascenseur,
On rappelle : accélération de pesanteur terrestre g = 9,8 m.s-2.
1°) Nommer et expliciter la formule décrivant le gain d’énergie
2°) Calculer le travail des forces de traction de l'ascenseur en J
3°) Exprimer votre résultat en kWh.
4°) Quelle est la puissance moyenne développée ?
 Consommation d’une ampoule :  REF _Ref241230789 \h\n Solution : 6
Donnez la consommation en J d'une ampoule de 40W pendant 1h:
 Nature des conversions d’énergie d’une voiture :  REF _Ref241230829 \h\n Solution : 7
On considère le système constitué d'un véhicule automobile et ses passagers en excluant le carburant. Le véhicule accélère et passe d'une vitesse nulle à une vitesse de 90 km/h.
Donner la nature de l'énergie reçue, de la variation d'énergie interne, de l'énergie fournie.
Questions de cours sur les centrales nucléaire :  REF _Ref241230871 \h\n Solution : 8
A partir du cours et plus particulièrement de la partie sur les centrales nucléaires,
Quelle est la source primaire d’énergie.
Quel organe produit l’énergie électrique ?
Décrire le processus de transformation de l’énergie depuis l’énergie primaire jusqu’à l’énergie électrique.
Quels sont les avantages et les inconvénients de l’énergie nucléaire ?
Questions de cours sur les centrales thermiques :  REF _Ref276390305 \h\n Solution : 9
A partir du cours et plus particulièrement de la partie sur les centrales thermiques
Quelle est la source primaire d’énergie.
Quel organe produit l’énergie électrique ?
Décrire le processus de transformation de l’énergie depuis l’énergie primaire jusqu’à l’énergie électrique.
Quels sont les avantages et les inconvénients des centrales thermiques ?
Questions de cours sur les centrales hydrauliques :  REF _Ref241230874 \h\n Solution : 10
A partir du cours et plus particulièrement de la partie sur les centrales hydrauliques
Quelle est la source primaire d’énergie.
Quel organe produit l’énergie électrique ?
Décrire le processus de transformation de l’énergie depuis l’énergie primaire jusqu’à l’énergie électrique.
Quels sont les avantages et les inconvénients des centrales hydrauliques ?
Questions de cours sur les panneaux photovoltaïques :  REF _Ref276390270 \h\n Solution : 11
A partir du cours et plus particulièrement de la partie sur les panneaux photovoltaïques
Quelle est la source primaire d’énergie.
Quel organe produit l’énergie électrique ?
Décrire le processus de transformation de l’énergie depuis l’énergie primaire jusqu’à l’énergie électrique.
Quels sont les avantages et les inconvénients des panneaux photovoltaïques ?
Questions de cours sur les éoliennes :  REF _Ref241230878 \h\n Solution : 12
A partir du cours et plus particulièrement de la partie sur les éoliennes
Quelle est la source primaire d’énergie.
Quel organe produit l’énergie électrique ?
Décrire le processus de transformation de l’énergie depuis l’énergie primaire jusqu’à l’énergie électrique.
Quels sont les avantages et les inconvénients des éoliennes ?
 Bilan de puissance d’un moteur électrique  REF _Ref241230881 \h\n Solution : 13
Un moteur électrique à aimants permanents absorbe une puissance électrique de 15 kW et fourni à sa charge une puissance mécanique de 12 kW.
Identifier la puissance absorbée et la puissance utile.
Calculer les pertes du moteur. Quelles peuvent en être les raisons ?
Calculer le rendement du moteur
Donner la nature de la puissance absorbée et de la puissance utile
Donner l'ordre de grandeur du rendement pour les objets suivants : moteur électrique, moteur thermique, photopile (panneau photovoltaique), lampe à incandescence, résistor de chauffage.
Travail d’une force de traction.  REF _Ref241230883 \h\n Solution : 14
On considère un véhicule automobile (de masse 1400kg, g=9.81) :
Une force de traction de 1600 N est nécessaire à son déplacement à 85 km/h sur une route plate de 12 km. Calculer le travail de la force de traction.
Le trajet suivant de 15 km monte maintenant d’une pente de 3° par rapport à l’horizontale, le conducteur ne voulant pas réduire sa vitesse la force développée par la voiture est de 2300 N. Calculer le travail de la force
Dans le premier cas, d’où proviennent les 1600 N nécessaires au déplacement ? Comment évoluent-ils avec la vitesse ? D’où provient la force excédentaire nécessaire dans le deuxième cas ?
Que faut-il faire pour réduire l’énergie consommée ?
Montrer que, si la vitesse reste constante pendant tout le trajet, la puissance de la force de traction est égale au produit de cette force par la vitesse du véhicule. Calculer cette puissance quand v = 85,0 km/h.
Alberto Contador dans la montée du Plateau de Beille.  REF _Ref241230884 \h\n Solution : 15
Dans la montée du plateau de Beille (15,9 km à 7,83%, dénivelé 1255 m), le cycliste Alberto Contador a effectué les performances suivantes lors du précédent Tour de France :
Vitesse moyenne : 21,54 km/h
Puissance moyenne développée pour 78 kg avec vélo : 431 W ( !)
Durée de l’ascension : 44’17’’
(Source : http://www.cyclismag.com/article.php?sid=3466)
A votre avis, par quelle méthode est-il possible d’évaluer la puissance moyenne développée ?
Calculer la force de traction moyenne développée.
Calculer l’énergie dépensée par le cycliste lors de l’ascension à l’aide des deux relations possibles. Comparer. D’où vient cette énergie ?
Calculer l’énergie potentielle de pesanteur stockée par le cycliste lors de l’ascension. Que constatez-vous ? Pourquoi ?
Pour rentrer à son hôtel, le cycliste redescend dans la vallée. Que devient l’énergie potentielle stockée ?
Bilan énergétique d’un lève-vitre électrique.  REF _Ref241230885 \h\n Solution : 16
Un moteur d’un lève-vitre d’une automobile, à courant continu et à aimant permanent, a son induit alimenté par une tension constante U = 13 V. Cet induit absorbe une intensité constante de 13,5 A durant une manœuvre. une manœuvre comprend une montée et une descente de la vitre. La durée totale de cette opération est égale à 6 secondes.
Calculer l’énergie électrique WM absorbée par ce moteur lorsque l’on effectue 100 manœuvres.
Calculer l’énergie chimique WC fournie par la combustion du carburant pour effectuer ces 100 manœuvres sachant que le rendement WM / WC est égal à 25 %.
Sachant que 1 litre de carburant peut fournir par combustion une énergie de 32000 kJ, calculer, en mL, le volume V de ce super carburant consommé pour ces 100 manœuvres.
Skieur et télésiège.  REF _Ref241230887 \h\n Solution : 17
Un skieur de masse m = 65 kg emprunte un télésiège de longueur l = 2 km et de dénivelé d = 700 m. Arrivé en haut de la piste, il descend celle-ci pour retourner au départ du télésiège.
On donne : g = 9,8 m.s-2, accélération de pesanteur terrestre supposée constante.
Calculer le travail de la force exercé par le télésiège sur le skieur, ainsi que le travail de la force de pesanteur sur le skieur.
Que peut-on dire de l’énergie interne du skieur entre le bas et le haut de la piste ? Quelle est la nature de l’énergie stockée ?
Le skieur atteint la vitesse de 35 km/h. Calculer l’énergie cinétique emmagasinée.
Quand le skieur descend la piste, que devient son énergie interne ? Où part la différence ?
On suppose que la température de la neige est de ( = 0 °C et que la totalité de l’énergie potentielle de pesanteur stockée par le skieur lors de la montée est transférée à la neige lors de la descente.
La chaleur latente de fusion de l’eau vaut Lf = 333,7 kJ.kg-1 et correspond à la quantité de chaleur (énergie thermique) qu’il faut céder à 1 kg d’eau solide pour le transformer en eau liquide.
Calculer le masse, puis le volume en litre et m3 de neige que le skieur fait fondre lors de la descente de la piste.
Cette valeur est-elle surévaluée ou sous-évaluée compte tenu des approximations effectuées ?
Lorsque le télésiège fonctionne à vide (il ne transporte pas de skieurs), effectuer un bilan énergétique depuis la source d’énergie, jusqu’à la consommation.
Même question lorsque le télésiège fonctionne en charge (il transporte des skieurs).
Bilan de puissance d’un moteur à courant continu.  REF _Ref241230890 \h\n Solution : 18
On considère un moteur à courant continu dont les valeurs nominales sont les suivantes :
Tension d’alimentation : UN = 250 V. Intensité du courant : IN = 12 A. Résistance de l’induit : R = 4,5 (. La fréquence de rotation : n = 1500 tr/min.
On réalise un essai à vide du moteur sous la fréquence rotation nominale. On mesure UV = 200 V et IV = 0,8 A.
Calculer la valeur de la fem du moteur lors de cet essai.
Calculer la valeur de la puissance absorbée à vide.
Que vaut la puissance utile du moteur à vide ? Que devient la puissance absorbée à vide par le moteur ?
Calculer les pertes par effet Joule lors du fonctionnement à vide.
Calculer la valeur des pertes autres que par effet Joule.

Le moteur fonctionne maintenant au régime nominal.
Calculer la puissance absorbée par le moteur.
Calculer la valeur des pertes par effet Joule.
Donner la valeur des pertes autres que par effet Joule en supposant qu’elles ne dépendent que de la fréquence de rotation. En déduire l’intérêt d’effectuer l’essai à vide sous la fréquence de rotation nominale du moteur.
Calculer la puissance utile du moteur.
Calculer le rendement du moteur.
Groupe électrogène.  REF _Ref241230892 \h\n Solution : 19
On considère un groupe électrogène constitué d’un moteur diesel et une transmission permettant de mettre en rotation un alternateur. L’ensemble sert d’alimentation de secours à une installation électrique de 14,5 kW. Un sectionneur permet de séparer l’alternateur de l’installation électrique.
Donner un schéma du dispositif en y insérant la chaîne énergétique (il faut faire apparaître le type d’énergie absorbée, fournie et perdue par chaque élément).
Le rendement du moteur diesel est de 35 %, celui de la transmission de 60%, celui de l’alternateur est 92%. Calculer le rendement global du groupe électrogène.
Calculer la puissance absorbée par le moteur lorsque l’alternateur fournit les 14,5 kW à l’installation électrique.
Calculer l’énergie fournie par le carburant pour 1 h de fonctionnement.
Sachant que le pouvoir énergétique d’un litre de gasoil est de 50 900 kJ/l, calculer la consommation de carburant pour 1 h de fonctionnement.
Interrupteur électronique.  REF _Ref241230893 \h\n Solution : 20
Un technicien relève, en concordance de temps les oscillogrammes de la tension aux bornes d’un interrupteur électronique (ici un transistor) permettant le fonctionnement d’un hacheur série. Afin de les rendre conforme avec son cours de physique, il « lisse » les oscillogrammes obtenues et obtient les chronogrammes suivants :
 EMBED Word.Picture.8 
Donner l’état de l’interrupteur (ouvert ou fermé) sur chacun des intervalles de temps considéré en expliquant votre raisonnement.
Tracer le graphe de la puissance absorbée par le transistor en fonction du temps.
Montrer que le lissage effectué par le technicien correspond au modèle du transistor sans perte.
Mcc à excitation indépendante.  REF _Ref241230895 \h\n Solution : 21
L’induit absorbe un courant de 15A sous 220V.
Il a une résistance de 1,4 ©.
Le courant d excitation est de 0,6 A et la tension vaut 220V.
Le couple de pertes vaut 1 N.m.
La fréquence de rotation est de 1500 tr/min

1) Donner le schéma équivalent de la machine en régime permanent.
2) Calculer Pa, Pu et les diverses pertes. Préciser dans chaque cas, quelle est le type d’énergie correspondante.
3) Calculer le rendement.
Bouilloire électrique.  REF _Ref241230896 \h\n Solution : 22
Une bouilloire électrique comporte les indications suivantes : 220V ; 2 kW ;1l.
Calculer l’intensité efficace I du courant électrique circulant dans la résistance chauffante de la bouilloire.
Donner la valeur R de cette résistance.
On néglige les pertes de chaleur de la bouilloire ainsi que sa capacité calorifique.
Calculer l’énergie nécessaire pour porter à ébullition 1 l d’eau à 20°C.
Calculer la durée nécessaire pour porter à ébullition 1 l d’eau à 20°C.
On donne Ceau=4,185 kJ.kg-1.°C-1.
Cafetière électrique.  REF _Ref241230897 \h\n Solution : 23
Une cafetière électrique chauffe 70cl d’eau en 4min 30s de 18°C à 100°C avec une tension d’alimentation de 220V. Les pertes de chaleur pendant le chauffage sont estimées à 18%.
On donne Ceau=4,185 kJ.kg-1.°C-1.
Quelle est la quantité de chaleur reçue par l’eau au cours du chauffage ?
Dessiner le schéma du bilan de puissances
Quelle est l’énergie électrique nécessaire pour chauffer l’eau ?
Quelle est la puissance consommée par la cafetière ?
Calculer la valeur de la résistance de la cafetière.
Automobile.  REF _Ref241230901 \h\n Solution : 24
Une automobile se déplace à vitesse constante v=80km/h sur une route horizontale. Sa consommation est de 7,2 l aux 100 km. Le moteur fournit une puissance mécanique
Pm=23 ch.
On rappelle :1ch=735 W.
La combustion d’un litre d’essence produit une énergie égale à 3,2.107J.
Calculer la puissance mécanique fournie par le moteur
Calculer le volume nécessaire pour faire 80 km , en déduire l’énergie de combustion (pour faire 80 km)
En déduire la puissance de combustion
Calculer le rendement de ce moteur.
Déterminer la puissance transférée à l’environnement sous forme de chaleur (puissance perdue).
Représenter la chaîne énergétique.
 Uranium.  REF _Ref241230902 \h\n Solution : 25
1 noyau d’uranium 235 libère lors de sa fission 200 MeV.
Calculer l’énergie en J libérée par un gramme d’uranium 235.
Contrairement à l’uranium naturel qui ne présente que 0,71 % d’isotope 235U, l’uranium enrichi utilisé dans les centrales contient 3,7% d’uranium 235.
Calculer l’énergie en J libérée par un gramme d’uranium enrichi.
Quelle masse de pétrole et de charbon faudrait-il pour obtenir cette même énergie ?

On donne :1eV = 1,6.10-19 J.
1g 235U contient 2,56.1021 noyaux d’235U.
1g 238U contient 9,36.1019 noyaux d’ 235U.
Pétrole 11600 Wh/kg
Charbon 7190 Wh/kg
 Centrale nucléaire.  REF _Ref241230904 \h\n Solution : 26
Une centrale nucléaire fournit une puissance électrique de 1300 MW. Le rendement de la centrale est de 30%.
1) Calculer l’énergie électrique fournie sur une année (en fonctionnement continu) en Joule et en Wh.
2) En 2005, la consommation d’énergie électrique en France a été de 574,66TWh.(d’après Observ’ER- EDF 2006). Donner en % la contribution de cette centrale à la production d’énergie électrique.
3) Calculer la puissance directement produite par les réactions nucléaires.
4) Calculer la masse d’uranium 235 (en kg) nécessaire pour un an de fonctionnement de la centrale.
On donne : 1g d’uranium 235 libère environ 82 GJ lors de la fission des noyaux.
 Photovoltaïque.  REF _Ref241230905 \h\n Solution : 27
L’énergie solaire reçue sur terre correspond à une puissance d’environ 1 kW/m2 .
A cause des nuages, de la pollution et de la rotation de la terre cette puissance reçue fluctue au cours des jours et de l’année.
Diverses grandeurs sont données par les sites de météorologie tels que le nombre d’heure d’ensoleillement d’un site qui correspond au nombre d’heure où le lieu considéré reçoit une puissance lumineuse dépassant environ 400 W/m2 (par exemple : A Rouen on compte qu’il y a 1750h d’ensoleillement par an).
Pour chaque lieu est aussi donné le nombre d’heures équivalent plein soleil soit le nombre d’heures où un ensoleillement de 1kW/m² fournirait la même quantité d’énergie que la réalité.
 EMBED Word.Picture.8 
A Annemasse le nombre d’heures équivalentes/jour est de 3,8 h sur une surface orientée au sud et inclinée d'un angle égal à la latitude.
Dans le commerce, un panneau photovoltaïque est caractérisé par sa puissance crête qui correspond à la puissance électrique que fournirait le panneau sous un ensoleillement de 1000 W/m².
Le coût de l énergie facturé par EDF est de 10 c¬ /kWh
Un crédit d impôt est accordé par l état n existe plus
Le coût d une installation photovoltaïque (2013)
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