Aspects énergétiques des phénomènes électriques - Spécialité

Puissance électrique, générateurs de tension, convertisseurs et rendement

Exercice 1 : Problème puissance d'un appareil électrique

Une batterie portable affiche 4000 mAh.

Combien de temps pourrez-vous faire fonctionner à une tension de 4,2 V votre smartphone qui consomme en moyenne 5 W ?
On donnera la réponse arrondie à la minute près et suivie de l'unité qui convient.

Exercice 2 : Calculer la tension au borne d'un moteur

Un moteur éléctrique de force électromotrice de \( 14 V \) et de résistance interne \( 15 Ω \) est traversé par un courant d'intensité \( 390 mA \).

Calculer la tension aux bornes de ce moteur.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Le moteur fonctionne pendant \( 10 min \), calculer l'énergie électrique qu'il consomme.
On donnera la réponse en \( Wh \), avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Exercice 3 : Calcul de tension connaissant la puissance et la résistance

Un souffleur électrique consomme 2500 W.
Sachant qu'il est composé d'une résistance de 50 Ω, déterminer la tension du courant à ses bornes pour obtenir la puissance affichée.

On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Exercice 4 : Calcul d'intensité, de puissance, de rendement

La caractéristique d’un moteur électrique est modélisée par une droite d’équation \(U = E’ + r’I\) où \(E'\) est nommée force contre-électromotrice (f.c.é.m.) et \(r’\) est une résistance interne.

Un moteur, pour lequel \( E’ = 11,0\:\text{V} \) et \( r’ = 1,50\:\text{Ω} \), est alimenté par un générateur de tension de f.é.m. \( E = 23,0\:\text{V} \) et de résistance interne et \( r = 4,50\:\text{Ω} \).

Déterminer la valeur de l’intensité \(I\) du courant électrique qui parcourt le circuit.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Calculer le rendement du générateur.
On donnera le résultat arrondi au pourcent près.

Calculer la puissance \(P\) reçue par le moteur.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

En déduire le rendement du moteur.
On donnera le résultat arrondi au pourcent près.

Calculer le rendement global de ce dispositif.
On donnera le résultat arrondi au pourcent près.

Exercice 5 : Production de dihydrogène par électrolyse, énergie et rendement

Le dihydrogène peut être produit par l’électrolyse de l’eau, en forçant la réaction suivante à se produire : \[ 2 H_{2}O \rightarrow 2H_{2} + O_{2} \]
Un électrolyseur industriel fonctionnant sous une tension de \( 2,20 V \) est parcouru par un courant d’intensité \( 3,30 kA \) et consomme \( 1,60 \times 10^{7} J \) par mètre cube de dihydrogène produit.

Calculer la puissance reçue par l’électrolyseur.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Calculer la durée de production d’un mètre cube de dihydrogène.
On donnera le résultat en \( s \) avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Dans l’électrolyseur, \( 3,26 \times 10^{6} J \) sont perdus thermiquement, et \( 5,70 \times 10^{6} J \) donnent lieu à la production de \( O_2 \) qui n’est pas valorisé.

Calculer le rendement de l’électrolyseur.
On donnera le résultat arrondi au pourcent près.

Si le dioxygène était valorisé, quelle serait la valeur du rendement ?
On donnera le résultat arrondi au pourcent près.

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