Aller au contenu

Puissance électrique

Programmes : KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2

Ouvrir la version complète ↗

Objectif

Déterminer la puissance des ampoules, \(P = U \cdot I\), et comparer leur luminosité lorsqu’elles sont branchées en dérivation et en série.

Le montage

Deux circuits alimentés par des sources de 6 V, avec des ampoules de 6 V / 3 W et de 6 V / 1 W. En haut, les ampoules sont branchées en dérivation, chacune avec son propre ampèremètre, et le voltmètre indique la tension aux bornes des ampoules. En bas, elles sont branchées en série, avec un ampèremètre et un voltmètre sur l’ampoule de 1 W.

Protocole

  1. Comparez la luminosité des ampoules dans chaque circuit.
  2. Dans le circuit du haut, calculez la puissance de chaque ampoule : \(P = U \cdot I\), où \(U\) est l’indication du voltmètre.
  3. Dans le circuit du bas, calculez la puissance de l’ampoule de 1 W et estimez la tension aux bornes de l’ampoule de 3 W : 6 V moins l’indication du voltmètre.
Résultat attendu

En dérivation : environ 5,6 V aux bornes des ampoules — une partie des 6 V est perdue à l’intérieur de la source ; ampoule de 3 W — environ 478 mA, 2,7 W ; ampoule de 1 W — environ 160 mA, 0,9 W ; les deux restent légèrement en deçà de leurs valeurs nominales, et l’ampoule la plus puissante brille davantage. En série : l’intensité est d’environ 151 mA, et l’ampoule de 1 W a environ 5,09 V à ses bornes (0,77 W) ; aux bornes de l’ampoule de 3 W, l’estimation donne environ 0,9 V (en réalité environ 0,8 V — un peu plus de tension se perd dans la source et l’ampèremètre), et elle brille à peine. L’ampoule qui a la plus grande résistance brille davantage.

Questions

  1. Pourquoi l’ampoule de faible puissance brille-t-elle davantage lorsque les ampoules sont en série ?
  2. Quelle énergie l’ampoule de 3 W consomme-t-elle en une heure ?
Réponses
  1. En série, les deux ampoules sont traversées par un courant de même intensité, donc d’après \(P = I^2 R\) l’ampoule qui a la plus grande résistance reçoit plus de puissance. D’après les valeurs nominales, \(R = U^2 / P\) donne 36 Ω pour l’ampoule de 1 W et 12 Ω pour celle de 3 W, si bien que l’ampoule de 1 W prend l’essentiel de la tension : environ 5,09 V et 0,77 W, contre environ 0,8 V et 0,12 W pour l’ampoule de 3 W.
  2. \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, soit 3 W·h. Sur ce montage, en dérivation, elle consomme environ 2,7 W, ce qui donne environ 9,7 kJ en une heure.