Exemples de questions et de formules relatives à l'énergie et à la puissance électriques
Énergie et énergie électrique
1. Le tarif de l'électricité par kWh est de 400 Rp. Dans une maison, un téléviseur de 100 watts fonctionne en moyenne 4 heures par jour, et deux lampes de 20 watts chacune sont utilisées 10 heures par jour. Le coût de la consommation d'électricité par mois (30 jours) est de…
A. 4 800 Rp,-
B. Rp. 9 600,-
C. Rp. 19 200,-
D. Rp. 21 120,-
Discussion
Il est connu que :
Le tarif de l'électricité est de 400 Rp/kWh
Puissance du téléviseur = 1 x 100 watts = 100 watts et durée d'utilisation du téléviseur = 4 heures x 30 = 120 heures
Puissance de la lampe = 2 x 20 watts = 40 watts et durée d'utilisation de la lampe = 10 heures x 30 = 300 heures
Demandé: Coût de la consommation d'électricité par mois
Répondre :
Énergie électrique = puissance électrique x durée d'utilisation
Énergie électrique consommée par le téléviseur = 100 watts x 120 heures = 12 000 wattheures
Énergie de la lampe = 40 watts x 300 heures = 12 000 wattheures
Énergie totale = 12 000 wattheures + 12 000 wattheures = 24 000 wattheures = 24 kilowattheures = 24 kilowattheures = 24 kWh
Coût de la consommation d'électricité par mois = (24 kWh)(400 Rp/kWh) = (24)(400 Rp) = 9 600 Rp
La bonne réponse est B.
2. Deux lampes, chacune portant la mention 24 watts / 12 volts, sont branchées en parallèle, puis en série avec une résistance de 2 ohms. Ce circuit est ensuite connecté à une source de tension de sorte que les deux lampes ne s'allument qu'à 25 % de leur luminosité maximale. Si l'une des lampes grille, l'autre prendra le relais.
A. 12 Watts
B. 7,5 Watts
C. 6 Watts
D. 3 Watts
Discussion
Formule de puissance :
P = VI
I = PV
Atau
P = VI → I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
Atau
P = VI → V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Description : P = puissance électrique, V = tension électrique, I = courant électrique, R = résistance de la lampe
Calculer la résistance du circuit :
Deux lampes portent chacune la mention 24 Watts / 12 Volts, ce qui signifie que chaque lampe s'allumera à une puissance maximale de 24 watts lorsqu'elle sera connectée à une tension de 12 volts.
La résistance de chaque lampe est calculée à l'aide de la formule de la puissance :
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ohms
Les deux lampes sont branchées en parallèle, donc la résistance équivalente est :
1 / R12 = 1/R1 +1/T2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 Ohms
Les deux lampes sont connectées en série avec une résistance de 2 ohms, donc la résistance équivalente est :
R = 3 ohms + 2 ohms = 5 ohms
La résistance du circuit = R = 5 Ohm.
Calculez le courant électrique circulant dans le circuit :
Si les deux lampes sont allumées avec un niveau de luminosité de 25 %, alors les deux lampes sont allumées avec une puissance de 25/100 x 24 Watts = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watts.
Le courant électrique traversant la lampe est calculé à l'aide de la formule de la puissance :
I2 = P / R = 6 Watts / 6 Ohms = 1 Ampère
Chaque lampe est parcourue par un courant de 1 ampère. Les deux lampes étant branchées en parallèle, le courant total qui les traverse, d'après la première loi de Kirchhoff, est de 2 ampères. Elles sont ensuite branchées en série avec une résistance de 2 ohms ; le courant qui la traverse est donc également de 2 ampères.
Le courant électrique circulant dans le circuit est donc I = 2 ampères.
Calculer la tension de la source de force électromotrice :
La tension électrique est :
V = IR = (2 ampères)(5 ohms) = 10 volts
Il s'agit de la tension de la source de force électromotrice, dont la valeur ne change ni avant qu'une des lampes ne grille, ni après qu'une des lampes ait grillé.
Calculez la résistance du circuit après la panne d'une des lampes :
Si l'une des ampoules grille, l'autre, restée allumée, est connectée en série avec une résistance de 2 ohms. La résistance du circuit devient alors :
R = 6 ohms + 2 ohms = 8 ohms
Calculez le courant électrique circulant dans le circuit après la panne d'une des lampes :
Le courant électrique circulant dans le circuit est :
I = V / R = 10 volts / 8 ohms = 1,25 ampères
La lampe et la résistance sont connectées en série de sorte que le courant électrique circulant dans le circuit = le courant électrique circulant dans la lampe = le courant électrique circulant dans la résistance.
Calculer la puissance de la lampe :
Lorsqu'une des lampes tombe en panne, les autres s'allument avec une puissance de :
P = VI = (10 Volts)(1,25 Ampère) = 12,5 Watts
Mouvement des électrons
3. La masse d'un électron est connue pour être de 9,1 x 10⁻²⁰ kg.- 31 kg et charge de l'électron 1,6 x 10- 19 C. La différence de potentiel nécessaire pour accélérer un électron à partir d'une vitesse de 1 x 105 m/s devient 3 x 105 m/s est….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Discussion
Il est connu que :
Masse de l'électron (m) = 9,1 x 10- 31 kg
Charge de l'électron (q) = 1,6 x 10- 19 C
Vitesse initiale (vo) = 1 × 105 m/s → vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Vitesse finale (vt) = 3 × 105 m/s → vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Demandé: La différence de potentiel (V) nécessaire pour accélérer un électron
Répondre :
Variation d'énergie potentielle électrique = q V = (1,6 x 10- 19 C) V
Variation d'énergie cinétique = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10- 31 kg)(9 x 1010 m2/s2 - 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10- 31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 × 10- 21 kgm2/s2
L'énergie étant éternelle, l'énergie potentielle électrique se transforme en énergie cinétique :
La Premier League a perdu = l'Emirates est apparu
(1,6 x 10- 19) V = 36,4 x 10- 21
V = 36,4 x 10- 21 / 1,6x10- 19
V = 22,75 x 10-2 Voltage
V = 227,5 x 10-3 Voltage
V = 227,5 millivolts
La bonne réponse est D.
4. Questions de l'Olympiade nationale des sciences 2011 pour les collèges (niveau régional/municipal) n° 56
Dans un laboratoire, un faisceau d'électrons est projeté vers le nord. Vu du dessus, on observe que le faisceau se courbe vers la gauche. Ensuite, un faisceau d'électrons est projeté vers le sud. Vu du dessus, on observe que le faisceau se courbe également vers la gauche. Cela signifie qu'il y a…
A. Champ électrique orienté vers l'ouest
B. champ électrique orienté vers l'est
C. champ magnétique dirigé vers le haut
D. champ magnétique dirigé vers le bas
Discussion
Les électrons sont chargés électriquement et peuvent être déplacés par des forces électriques ou magnétiques lorsqu'ils se trouvent dans un champ électrique ou magnétique. La différence réside dans le fait que les forces électriques peuvent déplacer les électrons aussi bien lorsqu'ils sont immobiles que lorsqu'ils sont en mouvement, tandis que les forces magnétiques ne peuvent les déplacer que lorsqu'ils sont en mouvement.
Une autre différence réside dans le fait que la force électrique est orientée dans le même sens que le champ électrique, tandis que la force magnétique lui est perpendiculaire. Ainsi, lorsqu'un électron est déplacé par une force électrique, son mouvement s'effectue dans le même sens que celui du champ électrique. Inversement, lorsqu'un électron est déplacé par une force magnétique, son mouvement s'effectue dans le même sens que celui de la force magnétique, c'est-à-dire perpendiculaire à celui du champ magnétique.
D'après la question posée, il semblerait que lorsqu'un électron est lancé vers le nord, il est dévié vers la gauche (vers l'ouest), et lorsqu'il est lancé vers le sud, il est dévié vers l'est. Si un électron est dévié par une force électrique, alors la direction de cette force, qui est la même que celle du champ électrique, change constamment. Or, la direction du champ électrique est constante. Par conséquent, l'électron n'est pas dévié par la force électrique.
On peut en conclure que la force magnétique dévie les électrons. Pour déterminer la direction de la force magnétique (la direction de déviation des électrons), la direction du champ magnétique et la direction de la trajectoire des électrons, utilisez la règle de la main droite.
Appliquez la règle de la main droite comme expliqué ci-dessous. Étendez votre main droite, redressez votre pouce et repliez vos quatre autres doigts. Positionnez votre pouce de façon à ce qu'il pointe vers le nord (sens du mouvement de l'électron) et vos quatre doigts vers l'ouest (sens de la force magnétique, soit le sens de la déviation de l'électron). Le dos de votre main droite sera alors orienté vers le bas (sens du champ magnétique). Inversement, positionnez votre pouce de façon à ce qu'il pointe vers le sud (sens du mouvement de l'électron) et vos quatre doigts vers l'est (sens de la force magnétique, soit le sens de la déviation de l'électron). Le dos de votre main droite sera alors orienté vers le bas (sens du champ magnétique). On peut en conclure que l'électron se trouve dans un champ magnétique dirigé vers le bas.
La bonne réponse est D.
Source de la question :
Questions OSN de physique pour le collège
