V VIDYALAYA · Soutien scolaire
Physique-Chimie3eL'energie et ses conversionsExercices + corrigé

Rendement énergétique — Exercices

Appliquer, retrouver une énergie manquante, comparer. Corrigé complet ci-dessous.
⏱ ~25 min✎ Calculatrice autorisée
1Application directe/ 3 pts
Une ampoule à incandescence reçoit $60\,\text{J}$ d'énergie électrique et émet $6\,\text{J}$ d'énergie lumineuse.
  1. Calculer le rendement $\eta$ de cette ampoule.
  2. Exprimer ce rendement en pourcentage.
  3. Calculer l'énergie dissipée par l'ampoule.
2Retrouver une énergie manquante/ 4 pts
Un moteur électrique a un rendement de $75\,\%$. Il reçoit $800\,\text{J}$ d'énergie électrique.
  1. Calculer l'énergie mécanique utile produite par le moteur.
  2. Calculer l'énergie dissipée.
  3. Sous quelle forme est principalement dissipée cette énergie perdue ?
3Calculer l'énergie fournie/ 3 pts
Un panneau solaire photovoltaïque a un rendement de $20\,\%$. On souhaite qu'il produise $180\,\text{J}$ d'énergie électrique.
  1. Montrer que l'énergie solaire reçue doit être égale à $900\,\text{J}$.
  2. Calculer l'énergie solaire non convertie en électricité.
4Moteur thermique/ 5 pts
Un moteur de scooter reçoit $2\,500\,\text{J}$ d'énergie chimique (carburant) et produit $500\,\text{J}$ d'énergie mécanique.
  1. Calculer le rendement du moteur.
  2. Exprimer ce rendement en pourcentage.
  3. Calculer l'énergie perdue.
  4. Citer deux formes sous lesquelles cette énergie est dissipée.
5Calcul malin — Comparer deux pompes/ 5 pts
Un technicien compare deux pompes électriques.
Pompe A : reçoit $1\,200\,\text{J}$, fournit $840\,\text{J}$ d'énergie utile.
Pompe B : reçoit $2\,000\,\text{J}$, fournit $1\,500\,\text{J}$ d'énergie utile.
  1. Calculer le rendement de chaque pompe (exprimer en pourcentage).
  2. Laquelle est la plus efficace énergétiquement ?
  3. La pompe B produit plus d'énergie utile que la pompe A. Peut-on en conclure qu'elle est la meilleure ? Justifier.
Corrigé détaillé
1Application directe
a) \(\eta = \dfrac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{fournie}}} = \dfrac{6}{60} =\) \(0{,}10\)
b) \(\eta_{\%} = 0{,}10 \times 100 =\) \(10\,\%\)
c) \(E_{\text{perdue}} = E_{\text{fournie}} - E_{\text{utile}} = 60 - 6 =\) \(54\,\text{J}\)
2Retrouver une énergie manquante
a) \(E_{\text{utile}} = \eta \times E_{\text{fournie}} = 0{,}75 \times 800 =\) \(600\,\text{J}\)
b) \(E_{\text{perdue}} = 800 - 600 =\) \(200\,\text{J}\)
c) \(\) \(\text{Chaleur (effet Joule et frottements internes du moteur).}\)
3Calculer l'énergie fournie
a) \(E_{\text{fournie}} = \dfrac{E_{\text{utile}}}{\eta} = \dfrac{180}{0{,}20} =\) \(900\,\text{J} \quad \checkmark\)
b) \(E_{\text{perdue}} = 900 - 180 =\) \(720\,\text{J}\)
4Moteur thermique
a) \(\eta = \dfrac{500}{2500} =\) \(0{,}2\)
b) \(\eta_{\%} = 0{,}2 \times 100 =\) \(20\,\%\)
c) \(E_{\text{perdue}} = 2500 - 500 =\) \(2\,000\,\text{J}\)
d) \(\) \(\text{Chaleur (gaz d'échappement, échauffement du moteur) et son (vibrations).}\)
5Comparer deux pompes
a) Pompe A \(\eta_A = \dfrac{840}{1200} = 0{,}70 \times 100 =\) \(70\,\%\)
a) Pompe B \(\eta_B = \dfrac{1500}{2000} = 0{,}75 \times 100 =\) \(75\,\%\)
b) \(\eta_B = 75\,\% \gt \eta_A = 70\,\%\) \(\text{La pompe B est la plus efficace énergétiquement.}\)
c) \(\) \(\text{Non. La pompe B reçoit davantage d'énergie, donc elle en produit plus. Le rendement mesure l'efficacité, pas la quantité : les deux informations sont distinctes.}\)