Électricité et applications professionnelles en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de électricité et applications professionnelles pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Bilan de puissance d'une installation électrique
- Puissance active, réactive et apparente
- Facteur de puissance et compensation
- Calcul de consommation énergétique (kWh, facturation)
- Schémas électriques industriels et symboles normalisés
Puissance active, réactive et apparente
La puissance active (P) est celle qui produit du travail utile, mesurée en watts (W). La puissance réactive (Q) est celle échangée entre le réseau et les bobines (moteurs, transformateurs) ou les condensateurs : elle ne produit aucun travail utile et se mesure en voltampères réactifs (var). La puissance apparente (S) est la puissance totale fournie par le réseau, mesurée en voltampères (VA).
Exemple
Un moteur électrique consomme de la puissance active pour tourner, mais aussi de la puissance réactive pour créer son champ magnétique. Le fournisseur d'électricité facture surtout l'énergie active consommée (en kWh).
À retenir : La relation entre les trois puissances est : $S^2 = P^2 + Q^2$. Au programme de physique-chimie de 1re pro figure la relation $P = U_{eff} \times I_{eff} \times \cos\varphi$ ; les puissances réactive et apparente et la compensation relèvent surtout de l'enseignement professionnel d'électrotechnique.
Facteur de puissance et compensation
Le facteur de puissance (cos φ) mesure la qualité de l'installation électrique. Il compare la puissance active à la puissance apparente. Un bon facteur de puissance est proche de 1, ce qui signifie que la puissance réactive est faible : le réseau fournit presque uniquement de la puissance active. La compensation consiste à ajouter des condensateurs, qui fournissent la puissance réactive demandée par les moteurs, pour améliorer ce facteur.
Exemple
Une usine avec beaucoup de moteurs a un facteur de puissance faible (0,7). Elle installe des condensateurs pour le ramener à 0,9, ce qui réduit sa facture d'électricité et décharge le réseau.
À retenir : Le facteur de puissance se calcule par : $\cos \varphi = \frac{P}{S}$ ; c'est le cosinus du déphasage $\varphi$ entre la tension et l'intensité.
Bilan de puissance d'une installation
Le bilan de puissance consiste à additionner toutes les puissances consommées par chaque appareil d'une installation pour connaître la puissance totale nécessaire. Cela permet de dimensionner correctement les câbles et les disjoncteurs.
Exemple
Dans une maison, on additionne la puissance du chauffage (3 kW), du four (2 kW), du lave-linge (2 kW) pour vérifier que l'installation peut supporter 7 kW simultanément.
À retenir : La puissance totale d'une installation est la somme des puissances de tous les appareils : $P_{totale} = P_1 + P_2 + P_3 + \dots$
Calcul de consommation énergétique en kWh
L'énergie consommée se mesure en kilowattheures (kWh). Elle dépend de la puissance utilisée et du temps de fonctionnement. C'est ce que le compteur électrique mesure et ce que le fournisseur facture.
Exemple
Un radiateur de 1 kW allumé pendant 10 heures consomme $E = 1 \times 10 = 10$ kWh. Si le kWh coûte 0,20 € (valeur donnée pour l'exemple, le prix réel dépend du contrat), cela coûte 2 €.
À retenir : L'énergie se calcule par : $E = P \times t$ (en kWh si P est en kW et t en heures)
Facturation et coût de l'électricité
La facture d'électricité dépend de l'énergie consommée (en kWh), du tarif unitaire (prix par kWh), et parfois d'une part fixe d'abonnement. Pour les entreprises, la facturation peut aussi inclure des pénalités si le facteur de puissance est mauvais.
Exemple
Une entreprise consomme $5\,000$ kWh par mois à 0,12 €/kWh. Sa facture énergétique est $5\,000 \times 0{,}12 = 600$ €, plus l'abonnement et les taxes.
À retenir : $\text{Coût} = E \times \text{tarif} + \text{abonnement}$, avec $E$ en kWh et le tarif en €/kWh
Schémas électriques industriels et symboles
Les schémas électriques industriels utilisent des symboles normalisés pour représenter les composants (disjoncteurs, contacteurs, moteurs, transformateurs...). Ces symboles permettent aux électriciens de comprendre rapidement le fonctionnement d'une installation.
Exemple
Un cercle contenant la lettre M représente un moteur, un cercle barré d'une croix représente une lampe, deux traits parallèles représentent un condensateur. Ces symboles sont définis par des normes internationales (CEI), utilisées en France et en Europe.
À retenir : Les symboles normalisés permettent de lire et de concevoir des installations électriques de manière universelle
Les points clés
- La puissance active (P) est celle qui produit du travail utile, la puissance réactive (Q) est échangée avec les bobines et les condensateurs sans produire de travail utile
- Le facteur de puissance (cos φ) doit être proche de 1 pour une bonne installation ; on peut l'améliorer avec des condensateurs
- L'énergie consommée en kWh se calcule par $E = P \times t$ et détermine le coût de la facture électrique
- Le bilan de puissance additionne toutes les puissances pour dimensionner l'installation
- Les symboles normalisés permettent de lire les schémas électriques industriels
L'essentiel
La puissance active (P) est celle facturée et utile, la puissance réactive (Q) doit être compensée, et l'énergie consommée ($E = P \times t$ en kWh) détermine le coût réel de l'électricité.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une installation industrielle consomme une puissance active de 80 kW et une puissance réactive de 60 kvar. Calculez la puissance apparente et le facteur de puissance.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une entreprise utilise un moteur de 15 kW pendant 8 heures par jour, 5 jours par semaine. L'électricité coûte 0,14 euro par kWh. Calculez la consommation hebdomadaire en kWh et le coût hebdomadaire.
Corrige cet exercice avec le tuteur →