Rendement énergétique

Rendement de divers appareils
jeudi 1er mai 2008
par  George Siles, Marco Sortino
popularité : 4%

« CEC Nicolas-Bouvier

Laboratoire de Sciences Naturelles »

But :
Déterminer quel est le meilleur moyen pour chauffer 3dl d’eau à 100°C.
Les moyens à disposition sont :

- A) Four à micro-ondes.
- B) Plaque électrique chauffante.
- C) Bonbonne de gaz (propane/butane)
- D) Bouilloire électrique

Appareil Mesures
Four à micro-ondes Puissance W
Plaque chauffante Energie Kwh -> Temps
Réchaud à gaz Masse de gaz brûlé gr
Bouilloire Energie

Réchaud à Gaz

550,45 g (bécher avec l’eau)

278,79 g (Réchaud à gaz avant d’avoir chauffé le bécher avec l’eau)

273,84 g (Réchaud à gaz après d’avoir chauffé le bécher avec l’eau)

Masse de gaz brûlé : 278,79 - 273,84= 4,95 g

Température de l’eau avant de l’avoir chauffée : 19 °

Température de l’eau après l’avoir chauffée : 60 °

Nous avons laissé chauffer l’eau dans un bêcher pendant un certain temps (que nous avons trouvé assez long) jusqu’à ce que la température de l’eau atteigne 60°.

Une fois que nous avons trouvé la masse de gaz brûlé (qui correspond à la quantité de combustible qui a été brûlée), nous devons faire une règle de trois qui nous permettra de trouver l’énergie fournie.

1 g -> 46’000 J

4,95 g -> x J

Efournie 4,95*46’000 = 227’000 J
Ereçue 0,55045 Kg*4180*41°(60 -19) = 94’336,12 J

$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100

Rendement94’336,12 J / 227’700 J *100
41,43 %

Four à micro-ondes

Bêcher contenant l’eau : 523,09 g

Température de l’eau avant de la mettre au four : 20 °

Température de l’eau après l’avoir mise au four : 35 °

Pour trouver l’énergie fournie, nous avons besoin de connaître la puissance du four (ici elle est égale à 1045 W), et comme nous avons chauffé l’eau pendant 40 secondes, nous faisons ce calcul :

E fournie = Puissance * Temps

Maintenant, nous devons trouver l’énergie reçue grâce à cette formule :

Efournie 1045W * 40s = 41’800 J
Ereçue 4180*0.552309kg*15° (35°-20°) = 32’797.14 J

$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100

Rendement32’797.14 J / 41’800 J *100
78.46 %

Plaque chauffante

Bêcher contenant l’eau : 523,03 g

Energie = 0.06 Kwh (à transformer plus tard en Joules )

On estime l’incertitude à 0.01 kwh

Température de l’eau avant de l’avoir chauffée : 25 °

Température de l’eau après l’avoir chauffée : 80 °

Pour transformer 0.06 Kwh en Joules, il faut faire une règle de trois :

1 Kwh -> 3’600’000 J

0.06 Kwh -> X J

Efournie 0.06 * 3’600’000 = 216’000 J
Ereçue 0,52303 Kg * 4180 * 55°(80 - 25) 120’244.60 J

$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100

Rendement120’244.60 J / 216’000 J *100
55.67 %

Bouilloire

Poids de la bouilloire sans eau = 570 g

Poids de la bouilloire avec de l’eau = 1’273,8 g

Durée qu’a mis l’eau pour bouillir = 2 min 23 (= 143 s)

Puissance de la bouilloire = 1975 W

Température de l’eau avant qu’elle bout : 25 °

Efournie 1975 W * 143 s = 282’425 J
Ereçue (1273.8g - 570g)[0.7038 kg]*4180*85°(100° - 25°)= 250’060.14 J

$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100

Rendement250’060.14 J / 282’425 J *100
88.54 %

LES OUTILS QUE NOUS AVONS UTLISÉ POUR RÉALISER CETTE EXPÉRIENCE :

Indicateur de puissance

Chronomètre = Sert à mesurer le temps que met l’eau à bouillir

Thermomètre = Il nous a permis de mesurer la température de chaque expérience.


« Conclusion »

Nous pouvons donc, conclure que le moyen le plus rapide pour bouillir l’eau à 100 ° est la bouilloire, et c’est aussi le moyen qui gaspille le moins d’énergie vu qu’il a le meilleur rendement !


“Travail fait par :”

George Siles & Marco Sortino


Commentaires  forum ferme

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lundi 23 avril 2012 à 09h17 - par  Bernard Vuilleumier

Merci pour ces indispensables précisions qui, je l’espère, seront lues, comprises et assimilées par le plus grand nombre.

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dimanche 22 avril 2012 à 14h00 - par  francoisds

Bonjour,

Il serait quant même utile d’expliquer à ces élèves .. et leur professeurs .. et les autres ..
QUE l’électricité est loin d’être une source primaire d’énergie, en clair qu’il faut consommer une énergie pour produire de l’électricité et que là le rendement est médiocre.
Il faut aussi signaler qu’il y a des pertes loin d’être négligeables sur le réseau (transport, transformateurs, etc etc ..).
DONC, pour chauffer de l’eau, la meilleure solution et de très très loin est le gaz.
En effet, tous les moyens qui utilisent l’électricité doivent être grevé du rendement global de la fourniture de cette électricité qui est de moins de 30 % en réalité, du moins pour les centrales thermiques et nucléaires, sans compter que ces 30 % ne se retranchent pas mais se multiplient au rendement déjà calculé. Par exemple, si on avait un un rendement de 90 %, cela ne fait plus que 27 %... ce qui est beaucoup moins que les 41% calculés pour le gaz, et encore, si ces calculs sont justes et sans compter que le système de chauffage au gaz est plus que rudimentaire : on peut facilement faire mieux pour limiter les pertes !
Bien dommage que ces notions de bases soient complètement "zappées" : c’est ce genre d’amalgame qui mène au gaspillage de l’énergie auquel on assiste.

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mercredi 23 mars 2011 à 20h58 - par  Bernard Vuilleumier

Bonjour,
Je pense que les élèves ont utilisé l’indication de puissance qui figurait sur le four ou qu’ils l’ont mesurée avec un wattmètre. Il s’agit donc vraisemblablement de la puissance fournie au four, mais ils ne donnent pas l’incertitude sur cette puissance, ni sur le temps de mesure.

mercredi 23 mars 2011 à 16h56

je suis étonné par le rendement du four micro onde, supérieur à celui du magnétron lui même (65 à 70 % d’après ce que j’ai pu lire à ce sujet). Les 1045 W correspondent-ils bien à la puissance électrique consommée par le four ou bien à la puissance fournie par le magnétron ?