Energie électrique




Stage : "Développer les compétences de la 5e à la Terminale" Session 2014-2015

Documents produits pendant le stage, les 06 et 07 novembre 2014 à Flers par Richard GUILLAUME, Mohamed EL OUARTASSI, Pierre VANDEVOIR

Thème : Différencier ses activités

☐ Collège (3e)

Remarque : ces documents n’ont pas été soumis à l’expérimentation en classe.

L’énergie électrique en classe de 3e

Objectifs :

connaissances :

Relation entre énergie électrique et puissance

compétences :

Compétence 3 : pratiquer une démarche scientifique

S’APPROPRIER : rechercher, extraire et organiser l’information :

  • extraire l’information

RÉALISER : réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes

  • calculer, utiliser une formule

ANALYSER : raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique, démontrer

  • formuler un problème
  • proposer une méthode, un calcul, une procédure

COMMUNIQUER :présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté :

  • présenter sous une forme appropriée une situation, un questionnement, une démarche, un résultat à l’oral.

Prérequis :

Notion de puissance électrique, le Watt, ordres de grandeur

Situation :

tache complexe de découverte de la notion d’énergie électrique et de son calcul.

Durée : 1h

Prolongements possibles :

  • Analyse de l’impact écologique
  • Diagramme de conversion énergétique de la lampe.
  • Courbe du prix de revient en fonction du temps.

Travail demandé à l’élève :

NIVEAU 1

M et Mme Dupont viennent de recevoir leur facture d’électricité.

Ils veulent faire des économies sur la consommation due à l’éclairage.

Leur maison contient 17 lampes à incandescence qui fonctionnent en moyenne 2 heures par jour.

Vous êtes un conseiller ADEME. Votre travail est de réaliser une vidéo dans laquelle vous expliquez de façon argumentée une solution pour qu’ils atteignent leur objectif au bout d’un an.

Pour cela vous disposez des documents joints et vous répondrez aux questions suivantes :

Pour chaque lampe :

  1. Préciser la puissance électrique en Watt
  2. Convertir cette puissance en kilowatt
  3. Calculer l’énergie électrique consommée en 1 heure.
  4. Calculer l’énergie électrique consommée en 1 an
  5. Calculer le coût pour une durée d’un an ( ne pas oublier d’inclure le prix d’achat)
  6. Quelle lampe est la plus économique ?

doc 1 : lampe incandescence
doc 2 : lampe halogène.
doc 3 : lampe fluo compacte
doc 4 : facture d’électricité
doc 5 : formule : E = P × t avec unités
doc 6 : rappels de conversion kilo
doc 7 : prix du kilowattheure

NIVEAU 2

M et Mme Dupont viennent de recevoir leur facture d’électricité.

Ils veulent faire des économies sur la consommation dûe à l’éclairage.

Leur maison contient 23 lampes à incandescence qui fonctionnent en moyenne 2 heures par jour.

Vous êtes un conseiller ADEME. Votre travail est de réaliser une vidéo dans laquelle vous expliquez de façon argumentée une solution pour qu’ils atteignent leur objectif au bout d’un an.

Pour cela vous disposez des documents joints.

doc 1 : lampe incandescence
doc 2 : lampe halogène.
doc 3 : lampe fluo compacte
doc 4 : facture d’électricité
doc 5 : formule de calcul de l’énergie électrique E = P × t

NIVEAU 3

M et Mme Dupont viennent de recevoir leur facture d’électricité.

Ils veulent faire des économies sur la consommation dûe à l’éclairage.

Leur maison contient 23 lampes à incandescence qui fonctionnent en moyenne 2 heures par jour.

Vous êtes un conseiller ADEME. Votre travail est de réaliser une vidéo dans laquelle vous expliquez de façon argumentée une solution pour qu’ils atteignent leur objectif au bout d’un an.

Pour cela vous disposez des documents joints.

doc 1 : lampe incandescence
doc 2 : lampe halogène.
doc 3 : lampe fluo compacte
doc 4 : LED
doc 5 : facture d’électricité

Question supplémentaire : quelle est le choix le plus rentable au bout de 5 ans ?

Flux et rendement lumineux

La luminosité d’une source est fonction du flux lumineux (en lumen) qu’elle émet. Le rendement lumineux mesure le rapport entre le flux lumineux (émis par la source) et la puissance électrique (en watt) qu’elle consomme ; le rendement lumineux s’exprime donc en lumens par watt (lm/W).

Tant que les lampes à incandescences classiques étaient largement majoritaires, les consommateurs pouvaient comparer le flux lumineux des lampes sur la base de leur puissance électrique : ainsi on choisissait une lampe de 100 W pour un éclairage intense, 60 ou 40 W pour un éclairage d’ambiance, et 15 W pour une veilleuse...
Les différentes lampes utilisées comme alternatives aux lampes à incandescence classique ne présentant pas le même rendement lumineux, la comparaison des puissances électriques devient absurde, il est donc indispensable d’utiliser le lumen comme unité de référence.

Le tableau ci-dessous reprend, de façon indicative car les valeurs varient légèrement d’un modèle à l’autre, la correspondance entre le flux lumineux et la puissance électrique d’une lampe à incandescence classique :

Puissance
électrique
(W)
Flux
lumineux
(lm)
Rendement
lumineux
(lm/W)
Rendement
lumineux
(%)
15 110 7,3  
25 200 8,0  
40 505 12,6 1,9 %
60 870 14,5 2,1 %
75 1190 15,9 2,3 %
100 1750 17,5 2,6 %

Comparatif des solutions de remplacement

Comparatif des solutions de remplacement]
Type : Lampe Fluo Compacte Lampe halogène « haute efficacité » Lampe LED
Principe Lampe fluo-compacte
Excités par une décharge électrique, des atomes de mercure émettent des rayons ultraviolets. Ils sont convertis en lumière visible lorsqu’ils traversent une poudre fluorescente tapissant les parois du tube.
Lampe à incandescence halogène montée dans un culot à vis E27.C’est une lampe à incandescence améliorée : la lumière est produite par l’échauffement d’un filament dans un gaz de la famille des halogènes Lampes à LED blanches
Un matériau semi-conducteur traversé par un courant électrique émet une couleur bleue. Un composé chimique luminophore convertit ensuite une partie de cette lumière en jaune : l’œil perçoit donc une lumière blanche.
Flux lumineux 2 500 lumens 2 500 lumens 1000 lumens
Rendement lumineux 57 lm/W 14 lm/W. 75 lm/W
Prix 20 € 5 € 50 €
Durée de vie annoncée par les constructeurs 10 000 h 2 000 h 25 000 h
Empreinte écologique Doivent être recyclées. Verre, métal plastique : elle ne contient aucun produit dangereux. Une filière de retraitement a été jugée plus polluante que le produit lui-même, elle se jette donc avec les ordures ménagères. Le germanium devrait notamment être récupéré, mais il y en a encore trop peu pour mettre en place une filière de recyclage spécifique. Seuls le verre et les matériaux qu’elle contient sont recyclés.
Consommation (en Watt) 12 W 36 W 8 W

Caractéristiques des différentes lampes.






Grille des tarifs de l’énergie électrique.

La vidéo de présentation tournée pendant le stage

Documents joints