- il y a 2 jours
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Catalogue de vidéos disponibles : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1YyOoi0plYR197o06WGSnkBBsEnFOnrWhrU4VphcoaZ4/edit
Exercices disponibles ici : https://drive.google.com/drive/folders/1BAJpEJB1mK3vjEE1D6w5D3FEkJMx__TE?usp=drive_link
Que la Forge soit avec toi !..
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Que la Forge soit avec toi !..
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ÉducationTranscription
00:05D'autres vidéos sont disponibles.
00:08Catalogue de vidéos, classement par onglet.
00:11Lien accessible à l'endroit habituel.
00:13Que la forge soit avec toi.
00:30Mais respect à tout le monde, bienvenue dans la forge du quantum.
00:34Aujourd'hui, atelier VOL numéro 10, énergie et puissance.
00:39Et on commence sans plus attendre par faire un point sur les unités, notion capitale en science.
00:45C'est parti.
00:46On commence par l'énergie.
00:48L'unité scientifique sera le joule, noté J majuscule, équivalent à 1 Watt seconde.
00:54Mais il existe une flopée d'unités alternatives.
00:57L'électron-volte, noté petit e grand V, avec un électron-volte égal à 1,602 fois 10 puissance moins
01:0419 joules.
01:05La calorie, noté K, avec une calorie égale à 4,1855 joules.
01:11Le kWh, noté KW.H, ou KWH, avec un kWh égale à 3,6 fois 10 puissance 6 joules.
01:20La tonne de TNT, avec une tonne de TNT égale à 4,184 fois 10 puissance 9 joules.
01:27La tonne équivalent pétrole, noté TEP, avec une tonne équivalent pétrole égale à 4,186 fois 10 puissance 10 joules.
01:35La tonne équivalent charbon, noté TEC, avec une tonne équivalent charbon égale à 2,930 fois 10 puissance 10 joules.
01:43Je te conseille de retenir la conversion des kWh en joules, c'est celle qui va revenir très souvent.
01:49On passe à la puissance.
01:52L'unité scientifique sera le W, noté W majuscule.
01:56Mais il existe une flopée d'unités alternatives.
01:58Le cheval vapeur, noté CV, avec un cheval égale à 735,99 watts.
02:06Le kWh, noté KVA, avec un kWh égale à 1000 watts.
02:11On termine par le temps.
02:13L'unité scientifique sera la seconde, noté petit s.
02:17Mais il existe une flopée d'unités alternatives.
02:21La minute, noté mine en minuscule, avec une minute égale à 60 secondes.
02:26L'heure, noté H minuscule, avec une heure égale à 3600 secondes.
02:31Pour résumer, dans cet atelier, sauf indication de ma part, l'unité de l'énergie sera le joule, celle de
02:37la puissance le W, et le temps sera en secondes.
02:40C'est clair pour toi ?
02:42Bien.
02:44Paragraphe suivant, dans lequel je vais aborder l'énergie potentielle électrostatique, en relation directe avec le potentiel d'une particule,
02:51donc de la tension électrique.
02:53C'est parti !
02:55L'énergie potentielle électrostatique, ou simplement énergie électrostatique, d'une charge électrique Q, baignant dans un potentiel électrique noté grand
03:03V,
03:04est défini comme le travail à fournir pour transporter cette charge depuis l'infini jusqu'à la position voulue.
03:09Noté EPE, elle est égale à Q fois grand V, avec Q la charge de la particule en coulomb, et
03:15grand V le potentiel en volt.
03:17Sachant que la tension, notée grand U, est une différence de potentiel, qui peut être notée delta grand V,
03:23alors delta EPE, qui représente la différence d'énergie électrostatique entre deux points de l'espace, sera égale à Q
03:30fois delta grand V, soit Q fois grand U.
03:33Petite illustration à l'aide d'un cours énoncé, que voici.
03:36Quel doit être le potentiel à l'emplacement du charge de 25,0 micro coulomb, pour que son énergie potentielle
03:43électrique soit de moins 3,50 millijoules ?
03:46Pour répondre à cette question, il faut utiliser cette formule.
03:50Comme EPE est égale à Q fois grand V, alors grand V est égale à EPE sur Q.
03:55Remplacement par les valeurs numériques, et grand V sera égale à moins 1,40 fois 10 puissance de volt.
04:01Aussi simple que ça.
04:04Allez, un autre cours énoncé pour la route.
04:07Quel travail faut-il accomplir pour déplacer, à vitesse constante, une particule chargée de 825 micro coulombs, sur une distance
04:14où la variation de potentiel est de moins 225 volts ?
04:18Pour répondre à cette question, il faut utiliser cette formule.
04:22Remplacement par les valeurs numériques, je rappelle qu'un micro coulomb correspond à 10 puissance moins 6 coulombs, et delta
04:28EPE est égale à moins 0,185 625 joules, soit moins 0,186 joules avec les chiffres significatifs.
04:37Tiens c'est vrai, je n'ai pas abordé la métrologie, ou science des mesures, sur cette chaîne.
04:43Je vais la prévoir dans mon planning de diffusion pour cette année.
04:46Il va te falloir patienter néanmoins, j'ai pas mal de boulot.
04:50Si l'on se place dans le cas où les sources générant le potentiel électrique sont distribuées dans une région
04:55bornée de l'espace, ça permet d'attribuer une valeur nulle du potentiel à l'infini.
05:00Sachant que Q est égale à I fois delta T, alors delta EPE est égale à U fois I fois
05:05delta T, avec I l'intensité en ampères, Q la charge en coulombs, et delta T le temps en secondes.
05:11J'y pense, je rebondis sur cette formule pour te montrer une conversion intéressante.
05:16Si je traduis ça en unité, un coulomb est égale à 1 ampères secondes.
05:20Tu sais que 3600 secondes correspondent à une heure, donc on peut en déduire que 3600 coulombs seront équivalents à
05:273600 ampères secondes.
05:29Je déplace le 3600 sur les secondes, ce qui les transforme en heures, et par conséquent, 3600 coulombs représentent 1
05:36ampère heure.
05:38Je te conseille de la noter quelque part dans ton cerveau, ça risque fort d'être utile sous peu, bien
05:43plus tôt que ce que tu penses.
05:45Paragraphe suivant, on passe à la puissance, paramètres électriques généralement indiqués sur tous les appareils que tu utilises chaque jour.
05:52C'est parti !
05:53On commence avec les dipôles de manière générale.
05:57La puissance est une grandeur indiquant l'aptitude d'un système à convertir rapidement de l'énergie.
06:02Notez P, elle sera égale à U fois I, avec U la tension appliquée, en volts, et I l'intensité
06:08du courant, en ampères.
06:10Et pour illustrer le propos, rien de tel qu'un petit exercice d'application qui te donnera la bonne marche
06:15à suivre.
06:17Un chauffe-eau est constitué d'un réservoir de capacité 200 litres, et d'un élément résistif chauffant, portant les
06:23indications suivantes.
06:252500 watts, 230 volts.
06:28Question 1, calculez l'intensité du courant dans l'élément chauffant en fonctionnement.
06:33On sait que P est égale à U fois I, donc I est égale à P sur U.
06:38Remplacement par les valeurs numériques données dans l'énoncé, calcul, I est égale à 10,9 ampères.
06:44Next.
06:46Question 2, calculez la résistance de l'élément chauffant en fonctionnement.
06:50D'après la loi d'Ohm, UR est égale à F fois I, donc R est égale à U sur
06:55I, vu que la tension qui passe dans la résistance est celle délivrée au chauffe-eau.
06:59Remplacement par les valeurs numériques, calcul, et R est égale à 21,1 Ohm.
07:05Next.
07:06Question 3, calculez l'énergie consommée par cet élément chauffant en 4 heures 30 minutes de fonctionnement ininterrompu, et le
07:13prix de revient si le kWh coûte 0,15 € TTC.
07:17On sait que ΔEPE est égale à U fois I fois ΔT.
07:21Comme l'énergie doit être déterminée en kWh, ceci implique que le temps doit être exprimé en heures.
07:27Donc, EPE sera égale à 230, fois 10,9, fois 4,5, ce qui donne 11,3 fois 10 puissance
07:353 Wh, soit 11,3 kWh.
07:39Multiplication de cette valeur par 0,15 pour avoir le montant, de 1,70 € TTC.
07:46Guerre compliquée, n'est-il pas ?
07:48Maintenant, concernant les résistors, la loi Joule s'applique.
07:52Dans le cas d'un conducteur Ohmique, la loi d'Ohm indique que UR est égale à R fois I.
07:57La puissance est le produit de la tension par l'intensité.
08:00Tu remplaces cette tension par R fois I, et cette puissance Joule, noté PJ, sera égale à R fois I².
08:07L'effet Joule est une puissance reçue dissipée sous forme de chaleur ou énergie thermique.
08:12Au niveau microscopique, les interactions entre les électrons libres d'un fil, et les noyaux immobiles, peuvent être modélisés par
08:19une force de frottement.
08:21Le matériau s'échauffe d'autant plus que le courant électrique est important.
08:25Et pour donner du concret à cette notion, rien de mieux qu'un petit exercice d'application à la con.
08:31Le voici.
08:33Un appareil électroménager bitension absorbe une puissante de 660 watts.
08:38Petit 1.
08:39Calculez l'intensité qu'il absorbe aux Etats-Unis, où la tension est de 110 volts, puis l'intensité qu
08:44'il absorbe en Europe, où la tension est de 230 volts.
08:48Tu poses P égale à UA fois IA, donc IA égale à P sur UA, remplacement par les valeurs numériques,
08:54et IA est à 6A aux USA.
08:57Tu poses P égale à UE fois IE, donc IE égale à P sur UE, remplacement par les valeurs numériques,
09:03et IE est à 2,87A en Europe.
09:07Next.
09:08Petit 2.
09:09Quel est l'intérêt de faire fonctionner les appareils électriques sous une tension plus élevée ?
09:13De la question précédente, tu peux en déduire que IE est strictement inférieur à IA, donc R fois IA au
09:19carré sera strictement inférieur à R fois IA au carré.
09:23Ça implique que PGE est strictement inférieur à PGE.
09:26En clair, les pertes joules européennes sont bien plus faibles que les états-uniennes, ce qui implique que la population
09:32européenne est plus vertueuse que l'américaine.
09:35Entre nous, on s'en doutait un peu, n'est-il pas ?
09:38Je te propose d'aborder la relation entre la puissance et l'énergie.
09:43Comme je te l'ai dit en introduction, le joule est équivalent à des watts secondes, donc l'énergie est
09:48une puissance multipliée par une différence de temps.
09:51Ce qui implique que E est égal à P fois ΔT, donc P est égal à E sur ΔT.
09:57Et comme tu t'en doutes, ces formules sont à apprendre par cœur.
10:01Mais pas de panique, voici de quoi leur apporter un côté pragmatique.
10:04Un compteur d'énergie électrique a permis de constater qu'un radiateur électrique avait consommé 25,5 kWh en 8h30
10:13minutes de fonctionnement.
10:14La tension du courant est de 220 volts.
10:18Petit 1, déterminer l'énergie en joules consommée par le radiateur.
10:22Tu te souviens en début de vidéo où je t'avais conseillé de retenir la conversion des kWh en joules,
10:27c'est celle qui va revenir très souvent.
10:29Et voilà.
10:31Un kWh est égal à 3,6 fois 10 puissance 6 joues, et le radiateur a consommé 25,5 kWh.
10:39Multiplication de l'un par l'autre, ce qui donne 91,8 fois 10 puissance 6 joules, soit 91,8
10:46négajoules.
10:47Next.
10:48Petit 2, déterminer la puissance du radiateur.
10:52On sait que P est égal à E sur ΔT.
10:55L'énergie est en joules, donc le temps doit être en secondes, sachant que pour une heure, il en faut
11:003600.
11:01Autre information importante, 8 heures et 30 minutes, c'est 8,5 heures, que tu multiplies par 3600, et tu
11:09divises ton énergie avec cette valeur, ce qui donne 3000 watts.
11:13C'est tout.
11:15Paragraphe suivant, dans lequel je vais te parler d'une notion importante en science, le rendement.
11:20C'est parti.
11:21Les dipôles sont des convertisseurs d'énergie électrique en énergie mécanique, pour le moteur, lumineuse, pour l'ampoule à filaments,
11:28ou la diode électroluminescente, et thermique, pour le résistor.
11:33Hormis le résistor, qui est une résistance à lui tout seul, le moteur, l'ampoule, et la diode électroluminescent, sont
11:40dotés d'une résistance interne, donc de perte par effet joule.
11:44Quel que soit l'appareil électrique passif, moteur, ampoule ou diode, il sera branché à un générateur, ou une batterie,
11:50qui lui fournira de l'énergie, une petite partie sera irrémédiablement transformée en chaleur, le reste sera utilisé pour alimenter
11:57la fonction première de cet appareil, c'est-à-dire un déplacement pour le moteur, ou de l'éclairage pour
12:02l'ampoule et la diode.
12:04Le rendement, noté ainsi, la lettre N avec sa jambe de droite plus longue, et se prononce en état, est
12:10le rapport de la puissance ou de l'énergie utile, sur celle fournie.
12:14État égal à PU sur PF, aussi égal à EU sur EF.
12:18Bien entendu, cette formule est à apprendre par cœur.
12:22La puissance ou énergie utile, est celle qui a été utilisée pour être transformée en lumière, ou en mouvement, en
12:28fonction de ton dipot passif.
12:29Par exemple, une ampoule incandescente, ou ampoule à filaments, vendue avant 2012 en France pour éclairer les pièces d'un
12:37domicile, convertissait seulement 5% de son énergie reçue en lumière, et donc 95% en chaleur.
12:44Certes, en hiver, ta lampe de bureau servait de chauffage d'appoint, la température du bulbe en verre pouvant atteindre
12:50les 300 degrés Celsius.
12:52Mais si elle venait à s'éteindre brutalement, soit il fallait avoir la patience d'attendre son refroidissement pour la
12:58changer, soit se munir d'une manique, appelée aussi gant manique, main, pâte à four, main chaude, ou mitaine de
13:04four, pour éviter une brûlure au troisième degré.
13:07De nos jours, avec les ampoules LED, non seulement elles convertissent 80% de l'énergie reçue en lumière, donc
13:13seulement 20% en chaleur, mais pour une puissance plus faible par rapport aux incandescentes, leur éclairage est bien meilleur.
13:21Certes, elles sont bien plus chères, mais leur durée de vie est d'en moyenne 40 000 heures, soit 4
13:26ans et demi en fonctionnement continu, contre seulement 1000 heures pour la première, soit 42 jours en fonctionnement continu.
13:32Bref, les LED sont mieux.
13:35Pour terminer, je te propose un petit exercice pour rendre concret cette notion de rendement quelque peu abstraite.
13:42Le voici.
13:43La puissance absorbée par une perceuse électropneumatique est de 450 watts.
13:49Sur sa plaque signalétique, on peut lire les caractéristiques suivantes.
13:53Tension, 230 volts, intensité absorbée, 2,2 ampères.
13:59Petit 1, calculer en joules l'énergie absorbée lors d'un fonctionnement de 5 minutes.
14:04On a une tension, une intensité, et un temps, 5 minutes.
14:08Donc la formule à employer est la suivante.
14:11E égale à U, fois I, fois delta T.
14:15U en volts, I en ampères, et delta T en secondes.
14:18Donc E sera égale à 230, fois 2,2, fois, 5 fois 60, ce qui donne 150 et 1,8
14:26fois 10 puissance 3 joues, soit 150 et 1,8 kilo joues en notation d'ingénieur.
14:31Next.
14:33Petit 2, sachant que le rendement est de 90%.
14:36Calculez la puissance utile de la perceuse.
14:38Par définition, ETA est égale à PU sur PF, donc PU est égale à ETA fois PF.
14:4590% c'est 90 sur 100, donc 0,9, ce qui implique que PU est égale à 405 watts.
14:53Next.
14:54Petit 3, déterminé à puissance perdue, noté PP, par la perceuse.
14:59On sait que la puissance utile est de 405 watts.
15:03Or, la puissance fournie est égale à la puissance utile, plus la puissance perdue, par effet joule, ou par frottement
15:10mécanique.
15:11Donc, PP est égale à PF-PU, calcul, et le résultat est de 45 watts.
15:17Next.
15:19Petit 4, on admet que la puissance perdue n'est dissipée que par effet joule.
15:23Calculez la résistance de l'enroulement du moteur, arrondir le résultat à 0,1 ohm.
15:29Si tu ne sais pas ce qu'est un enroulement de moteur, je te conseille de consulter l'atelier VOL
15:34numéro 6, son lien est dans la description.
15:36Catalogue de vidéos, onglet Volta.
15:39On sait que PP est égale à 45 watts.
15:42Or, d'après l'énoncé, PP est égale à PJ, égale à R fois I².
15:48Donc R égale à PP sur I².
15:51Remplacement par les valeurs numériques, calcul, et R égale à 9,3 ohm.
15:56Et c'est tout.
15:57L'atelier est désormais terminé.
16:00Tu as des questions ?
16:01Tu veux un complément d'informations ?
16:04Rejoins-moi dans l'espace commentaire.
16:06Le cours complet en PDF, librement téléchargeable, est disponible dans la description de cette vidéo.
16:13Je t'ai mis à disposition des exercices à forger, leurs liens sont aussi disponibles en description.
16:19Prochaine vidéo sur l'encleum.
16:21Que la forge soit avec toi.
16:24Stay tuned.
16:25Tchuss.
16:27Sous-titrage Société Radio-Canada
16:30Jérémy Diaz
16:32Sous-titrage Société Radio-Canada
16:35Sous-titrage Société Radio-Canada
16:43Jérémy Diaz
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