3'3Lutilisation de llectricit Chapitre 11

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3.3 Lutilisation de lélectricité (Chapitre 11)
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3.3 Lutilisation de lélectricité Aperçu

• 3.3.1 Lutilisation des circuits
• 3.3.2 La comparaison des circuits
• 3.3.3 Lénergie électrique à la maison
• Cette présentation résume
• les chapitres dOmnisciences 9
• et nest pas conforme aux
• contenus de sciences 9.

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3.3 Lutilisation de lélectricité

• Dans ce chapitre, tu étudieras les circuits
  électriques retrouvés à la maison. Tu examineras
  de quelles façons on peut économiser les
  précieuses ressources que nous utilisons pour
  produire de lélectricité.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Tu as vu plusieurs montages de circuits
  électriques. Dans ces circuits, il y avait une
  source pour chaque appareil électrique.
• Chez toi, les différents appareils électriques
  sont branchés à la même source. Chacun des
  appareils peut fonctionner indépendamment des
  autres.
• Comment les circuits sont-ils connectés pour
  quon puisse mettre un appareil sous tension
  alors que les autres appareils sont hors tension?

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur une seule
• boucle
• Il y a deux types de circuits les circuits en
  série et en parallèle. Dans un circuit en série,
  le courant emprunte un seul chemin.
• Voir la figure 11.1 pour un schéma de circuit en
  série. Les électrons quittent la source par la
  borne négative, passent à travers les charges et
  reviennent à la source par la borne positive. Il
  y a une seule boucle.
• Les électrons ne peuvent saccumuler à un
  endroit du circuit.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur une seule
• boucle (suite)
• Il y a une force de répulsion entre les
  électrons ce qui les fait déplacer lorsquils
  sont sous linfluence dune source.
• Le courant à nimporte quel point du circuit en
  série est identique.
• Les électrons passent à travers toutes les
  charges du circuit et libèrent leur énergie. Ils
  retournent à la source afin de récupérer
  lénergie perdue.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur une seule
• boucle (suite)

Les voitures sont comme des électrons.
Elles représentent les unités de charge et la
piste, les fils conducteurs. dune source.
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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur une seule
• boucle (suite)

La source et les charges sont raccordées de
sorte que tous les électrons du circuit doivent
passer par chaque charge.
R1
R2
R3
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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements
• Dans un circuit en parallèle, les électrons
  peuvent emprunter plusieurs chemins. Il y a deux
  boucles (embranchements) ou plus dans ce type de
  circuit.
• Voir la figure 11.2 pour un schéma de circuit en
  parallèle où lon retrouve trois boucles.
• Après avoir quitté la source, les charges
  atteignent un embranchement. Certaines charges
  prennent un chemin alors que dautres charges en
  prennent un autre.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements (suite)
• Comme il y a plusieurs chemins à emprunter, les
  charges ne vont pas tous au même endroit.
• Le courant dans un circuit en parallèle nest
  pas identique à tous les points du circuit.
• Toutes les charges doivent retourner à la source
  pour reprendre lénergie qui a été perdue.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements (suite)
• Comme dans
• une ville, ces
• voitures peuvent
• emprunter
• plusieurs
• chemins.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements (suite)
• Quarrive-t-il aux résistances au niveau des
  circuits en série et en parallèle?
• Lorsque le diamètre du fil augmente, la
  résistance électrique diminue.
• Lorsque la longueur du fil augmente, la
  résistance électrique augmente aussi.
• Les éléments raccordés en série ont une plus
  grande résistance électrique que les éléments
  raccordés en parallèle.

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements (suite)
• Les électrons
• quittent la
• source. Une
• partie va dans
• R1, une autre
• partie va dans
• R2 et le reste
• va dans R3.

R1
R2
R3
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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Les charges qui se déplacent sur des boucles à
  embranchements (suite)

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Is I1 I2 I3

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3.3.1 Lutilisation des circuits

• Is I1 I2 I3

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3.3.2 La comparaison des circuits

• Les caractéristiques des circuits en série et en
  parallèle sont différentes.
• Dans un circuit en série, lajout dun composant
  a un effet plus marqué sur les autres composants
  que dans un circuit en parallèle.
• Quest ce qui arrive à la différence de
  potentiel et au courant dans les deux types de
  circuits?

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3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions
• Quel est le meilleur moyen de brancher des
  appareils électriques à la maison?
• Pour que les appareils électroménagers
  fonctionnent bien, il faut que la différence de
  potentiel soit constante.
• Quel type de circuit permet une différence de
  potentiel constante?

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3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)
• Les circuit électriques de ta maison sont des
  circuits en parallèle.
• Dans un circuit en parallèle, la différence de
  potentiel de chaque charge est identique. Seul un
  circuit en parallèle peut offrir cette stabilité.
• Si tu mets un appareil sous tension cela ne
  réduira pas la puissance des autres appareils.
• Voir la figure 11.3 pour un circuit retrouvé
  dans une maison.

20
3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)
• .

21
3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)

22
3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)
• Sil y a trop dappareils sous tension en même
  temps et si lintensité du courant augmente trop,
  les fils conducteurs peuvent devenir assez chauds
  pour provoquer un incendie.
• Pour prévenir un incendie, on place des fusibles
  ou des disjoncteurs dans le circuit.
• Voir la figure 11.4 pour visualiser le fusible
  et le fonctionnement du disjoncteur.

23
3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)
• .

24
3.3.2 La comparaison des circuits

• Faire les bonnes connexions (suite)
• Un fusible est formé dun conducteur métal-lique
  dont le point de fusion est inférieur à celui des
  fils conducteurs du circuit. Quand le courant
  atteint un certain niveau, le métal du fusible
  fond. Le courant ne circule plus et un incendie
  peut être évité.
• Un disjoncteur est formé dun bilame qui se
  dilate sous leffet dune augmentation de la
  température. Cette dilatation provoque une
  ouverture du circuit et le courant cesse de
  circuler. Ce contact peut être rétabli.

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3.3.2 La comparaison des circuits

• La résistance dans les circuits en série et les
  circuits en parallèle
• Dans les circuits en parallèle, le courant à la
  source augmente chaque fois que tu ajoutes un
  embranchement contenant une résistance. Cest à
  cause de cette augmentation de courant quon
  ajoute des fusibles ou des disjoncteurs.
• Pourquoi lajout dune résistance en parallèle
  dans un circuit entraîne-t-il une augmentation du
  courant?

26
3.3.2 La comparaison des circuits

• La résistance dans les circuits en série et les
  circuits en parallèle (suite)
• Lajout dune résistance dans un circuit en
  parallèle diminue la résistance équivalente du
  circuit et en même temps provoque une
  augmentation de lintensité du courant.
• résistance équivalente la résistance calculée
  dune charge hypothétique que lon pourrait
  utiliser pour remplacer les charges réelles
  dans un circuit
• Voir la figure 11.5 pour mieux comprendre le
  concept de résistance équivalente.

27
3.3.2 La comparaison des circuits
28
3.3.2 La comparaison des circuits

• La résistance dans les circuits en série et les
  circuits en parallèle (suite)

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Regardons maintenant comment on établit le coût
  de lénergie électrique et comment économiser
  cette énergie.
• Le coût de lénergie
• Lélectricité qui alimente les différents
  appareils dans ta maison provient dune centrale
  électrique. Prés de ta maison un transformateur
  diminue la tension et lélectricité est acheminée
  par des lignes électriques vers un compteur. Ce
  compteur permet détablir le taux de consommation
  électrique dans la maison.

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Le coût de lénergie (suite)
• Sur ce compteur, il y a des cadrans qui nous
  permettent de faire des lectures à différents
  intervalles et calculer la quantité délectricité
  consommée. Voir la figure 11.7 pour un exemple de
  calcul de lénergie consommée.
• Lunité de mesure des compteurs électriques est
  le kilowatt-heure. Le kilowatt-heure est la
  quantité dénergie transmise par mille watts
  dénergie en lespace dune heure. Le
  kilowatt-heure est une unité de mesure de
  lénergie électrique dans un cadre résidentiel.

31
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Le coût de lénergie (suite)

32
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Le coût de lénergie (suite)

33
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Voir le problème à la p. 369.
• Problème
• Une cuisinière fonctionnant pendant 3 h est
  alimentée par un courant de 15 A et branchée à un
  circuit de 240 V. Elle consomme 10,8 kWh. Si le
  coût de lénergie est 0,08 le kWh, quel est son
  coût dexploitation?

34
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• SOLUTION
• Une cuisinière fonctionnant pendant 3 h est
  alimentée par un courant de 15 A et branchée à un
  circuit de 240 V. Elle consomme 10,8 kWh. Si le
  coût de lénergie est 0,08 le kWh, quel est son
  coût dexploitation?
• Coût 10,8 kWh x0,08 0,86
• Le coût dexploitation est 0,86

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Un circuit domestique typique
• Dans une maison, il y a plusieurs circuits
  différents avec leur propre disjoncteur de
  surcharge. Si une forte intensité de courant dans
  un circuit déclenchait un disjoncteur, les autres
  circuits ne seraient pas touchés.
• Dans une cuisine, les deux sorties dune prise
  double sont parfois raccordées à des circuits
  différents. La cuisinière a son propre circuit
  avec une plus grande tension.
• Voir la figure 11.8 pour les circuits dune
  maison avec les disjoncteurs.

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Un circuit domestique typique

37
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Un usage efficace de lénergie
• Les ampoules incandescentes sont lun des usages
  les plus courants de lénergie électrique.
• Est-ce que se sont les ampoules les plus
  efficaces?
• Économiser de lénergie
• Avec les ampoules incandescentes, la plus grande
  part de lénergie est transformée en chaleur.
• Quelle ampoule peut-on utiliser à la place?

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Économiser de lénergie (suite)
• Les ampoules halogènes fonctionnent à des
  températures plus élevées que les ampoules
  incandescentes parce que le gaz quelles
  contiennent contribue à préserver la vie du
  filament en tungstène.
• En fonctionnant à des températures plus élevées,
  le filament produit de la lumière plus
  efficacement car une plus grande partie de
  lénergie est convertie en lumière et moins est
  perdue sous forme de chaleur.

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Économiser de lénergie (suite)
• Dans les ampoules fluorescentes un jet
  délectrons bombarde de la vapeur de mercure qui
  est scellé dans lampoule. Les molécules de gaz
  excitées réagissent avec un film à lintérieur de
  lampoule et font briller ce film. Ces ampoules
  fonctionnent à des températures relativement
  faibles. Elles utilisent 75 moins dénergie que
  les ampoules incandescentes pour produire la même
  quantité de lumière.

40
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Économiser de lénergie (suite)

Ampoule fluorescente compacte
Ampoule classique avec un filament de tungstène
Ampoule halogène avec un filament de tungstène
41
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Économiser de lénergie (suite)
• Voici quelques moyens pour économiser de
  lénergie électrique
• - éteindre les ampoules quand on nen a pas
  besoin
• - recouvrir les casseroles dun couvercle
  pendant la cuisson
• - chauffer uniquement la quantité deau
  nécessaire
• - utiliser la machine à laver et la sécheuse que
  lorsquelles sont pleines

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3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• Économiser de lénergie (suite)
• Voici quelques moyens pour économiser de
  lénergie électrique (suite)
• - faire sécher le linge à lair libre quand
  cest possible
• - isoler les tuyaux et le réservoir deau
  chaude
• - mettre les appareils électriques hors tension
  quand ils ne sont pas utilisés.

43
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• La sécurité électrique à la maison
• Si tu dois utiliser plusieurs appareils
  électriques en même temps, branche ces appareils
  sur différents circuits.
• Quand tu débranches un appareil, tire sur la
  prise mâle et non pas sur le fil.
• Si le câble commence à seffilocher, les deux
  fils vont entrer en contact et provoquer un
  court-circuit. Les deux fils de connexion se
  touchent et le courant produit un court-circuit
  au niveau de lappareil.

44
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• La sécurité électrique à la maison (suite)
• Ce circuit est
• surchargé
• et disjonctera.
• Il serait
• préférable
• de brancher
• les appareils
• sur différents
• circuits.

45
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• La sécurité électrique à la maison (suite)
• Lintensité du courant augmente très vite car
  les fils ont une très faible résistance. Les fils
  peuvent devenir assez chauds pour provoquer un
  incendie.
• Si tu utilises une rallonge, assure-toi quelle
  est aussi ou plus épaisse que le câble de
  lappareil sur lequel tu vas brancher la
  rallonge. Une rallonge peut devenir suffisamment
  chaude pour provoquer un incendie.

46
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• La sécurité électrique à la maison (suite)
• Comment éviter les accidents de nature
  électrique à la maison?
• - utiliser des rallonges dune puissance
  adéquate
• - éviter dutiliser des fils ou des câbles
  endommagés qui ne sont pas isolés
• - éviter de surcharger un circuit
• - utiliser uniquement un fusible approprié pour
  protéger un circuit

47
3.3.3 Lénergie électrique à la maison

• La sécurité électrique à la maison (suite)
• Comment éviter les accidents de nature
  électrique à la maison? (suite)
• - utiliser une prise de mise à la terre pour les
  appareils qui en ont besoin
• - ne pas mettre des appareils électriques sous
  tension en contact avec de leau
• - éviter dutiliser des raccordements multiples
  dans les prises électriques.