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Consommation d'énergie entre deux objets techniques

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Objectif

• Comparer les quantités d'énergie consommées par deux objets techniques.

Nous consommons tous de l'énergie, parfois trop d'énergie. Mais face aux soucis environnementaux principalement dus à l'augmentation du gaz à effet de serre et à l'augmentation du prix de l'énergie, il devient primordial de l'économiser.

Économiser, c'est réduire la consommation d'énergie, utiliser l'énergie correctement et suffisamment pour qu'elle puisse subvenir à nos besoins et acheter des produits qui en consomment peu.

Mais qu'est-ce que l'énergie ? Comment la mesurer afin de comparer la consommation d'énergie utilisée par plusieurs objets techniques ?

1. Quelques grandeurs physiques

a. Le joule

Le joule est l'unité officielle de l'énergie. Le joule est une quantité d'énergie.

Son symbole est J.

b. Le watt

Le watt est l'unité de puissance énergétique. C'est la quantité d'énergie consommée à chaque seconde (joule par seconde).

Son symbole est W.
L'appareil qui permet de mesurer la puissance électrique en watt est le wattmètre.

c. Le kilowatt-heure

Le kilowatt-heure est l'unité utilisée pour mesurer l'énergie électrique ou thermique consommée pendant une heure.

Son symbole est kWh.

On peut écrire les égalités suivantes :
1 watt-heure = 3 600 joules ou 1 Wh = 3 600 J
Soit : 1 kilowatt-heure = 3 600 kilojoules ou 1 kWh = 3 600 kJ

Exemple : « 10 kWh » signifie que l'appareil consomme 10 kW pendant une heure.

d. La tension

La tension se définit comme la différence d'état électrique entre deux points d'un circuit.

Elle se mesure en volt, dont le symbole est V.
L'appareil qui permet de mesurer la tension est les voltmètre.

e. L'intensité

L'intensité est la quantité d'électricité qui passe par un point du circuit en 1 seconde.

Elle se mesure en ampère, dont le symbole est A.
L'appareil qui permet de mesurer l'intensité est l'ampèremètre.

f. Le lumen

Le lumen est l'unité utilisée pour le flux lumineux ou la puissance lumineuse. Elle quantifie la quantité de lumière perçue par un être humain en présence d'une source de rayonnement électromagnétique.

Son symbole est lm.
L'appareil qui permet de mesurer l'éclairement d'une pièce est le luxmètre.

g. Le décibel

Le décibel est l'unité de mesure utilisée pour évaluer les intensités sonores. Plus un bruit est fort plus les décibels sont élevés.

Son symbole est dB.

2. L'étiquette-énergie

L'étiquette-énergie est une étiquette posée sur un produit qui résume les caractéristiques énergétiques de ce produit.

a. Les caractéristiques

L'étiquette-énergie comprend au moins quatre parties :

• les références de l'appareil qui détaillent le nom du modèle et du fabricant ;

• la classe énergétique, qui est définie par un code couleur associé à une lettre (de A à G : la classe A signifie que le produit est peu consommateur en énergie, la classe G signifie qu'il est très consommateur en énergie) ;

• diverses informations suivant le type d'appareil (la consommation, l'efficacité, la capacité, etc) ;

• le bruit émis par l'appareil, inscrit en décibels.

b. L'étiquette-énergie d'une lampe

Sur l'étiquette-énergie d'une lampe on trouve d'autres caractéristiques :

• la classe énergétique (de A à G) ;

• le flux lumineux de la lampe en lumen (la luminosité de la lampe ;

• la puissance électrique absorbée par la lampe en watt (la consommation d’électricité de la lampe) ;

• la durée de vie moyenne en heure.

3. Exemple d'application : comparaison de plusieurs ampoules

Expérience :
À l'aide d'un wattmètre et d'un luxmètre, nous allons mesurer la puissance consommée et la luminosité de différents types d'ampoules.

Schéma du montage :

Résultats :

	Ampoule à incandescence	Ampoule halogène	Ampoule halogène dichroïque	Tube néon	Ampoule fluocompacte
Puissance consommée (en watts)	75	60	50	15	15
Luminosité (en lumens)	975	840	1 250	945	900
Durée de vie (en heures)	1 000	2 000	2 000	9 000	6 000

Conclusion :
Les ampoules les plus économiques sont les ampoules fluocompactes et les tubes néon qui consomment 15 W et offrent une durée de vie beaucoup plus importante (respectivement 6 000 et 9 000 heures). Mais ces dernières fournissent beaucoup moins de luminosité que l'ampoule halogène dichroïque (1 250 lumens), qui est beaucoup plus consommatrice en énergie (50 W).
L'ampoule halogène dichroïque pourra être utilisé pour des pièces de maisons nécessitant une grande luminosité mais d'une courte utilisation, comme les toilettes.

Grâce à cette expérience, on peut définir la catégorie d'efficacité énergétique des ampoules en comparant la consommation d'énergie de l'ampoule en fonction du flux lumineux.

• L'ampoule à incandescence (75 W ; 975 lm) sera de catégorie E, très peu économe.
• L'ampoule halogène (60 W ; 840 lm) sera de catégorie D, peu économe.
• L'ampoule halogène dichroïque (50 W ; 1 250 lm) sera de catégorie B, économe.
• Le tube néon (15 W ; 945 lm) et l'ampoule fluocompacte (15 W ; 900 lm) seront de catégorie A, très économes.

L'essentiel

Le joule est l'unité officielle de l'énergie, c'est une quantité d'énergie. Son symbole est J.

Le watt est l'unité de puissance énergétique, c'est la quantité d'énergie consommé à chaque seconde. Son symbole est W.

Le kilowatt-heure est l'unité utilisée pour mesurer l'énergie électrique ou thermique consommée pendant une heure. Son symbole est kWh.

La tension se définit comme la différence d'état électrique entre deux points d'un circuit. Elle est mesurée en volt, de symbole V.

L'intensité est la quantité d'électricité qui passer par un point du circuit en 1 seconde. Elle est mesurée en ampère, de symbole A.

Le lumen est l'unité utilisé pour le flux lumineux ou la puissance lumineuse. Son symbole est lm.

L'étiquette-énergie est une étiquette posée sur un produit qui résume ses caractéristiques. On y trouve les références de l'appareil, sa classe énergétique et sa consommation.
Dans le cas d'une lampe, on trouve aussi le flux lumineux et la durée de vie moyenne.

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