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Physique = L'automobile à air comprimé
Bonjour à tous!
Vouci un petit exercice qui me pose problème!
Le voici,
Pour assurer une autonomie d'environ 200km à une voiture à air comprimé, on utilise un compresseur consommant une puissance électrique P = 2500W pendant une durée t = 4heures
1) Quelle est la consommation énergétique aux 100km, exprimée en joule, de cette voiture?
(faut-il que je divise la Puissance P également par 2?)
2) Comparer la consomation de cette voiture à cerlle d'une voiture à essence consommant 7,0L d'essence pour 100km
3)La consomation routière Française est actuellement de 40 Mtep par an d'essence. Quelle production d'énergie électrique serait nécessaire si toutes les voitures fonctionnaient avec de l'air comprimé? (ici je bloc, je ne sais pas dans quel sen il faut faire les conversions!)
4)= Le parc nucléaire actuel comprend 58 centrales nucléaires produisant environ 400TWh d'électricité par an.
Evaluer le nombre de centrales nucléaires supplémentaires permattant de faire rouler toutes les voitures de France avec de l'air comprimé. (Ici je bloc car dans mas calculs précédents j'ai trouvé qu'une voture à air comprimé consommait moins, hors d'après cette question il parait que ceci soit faux!)
5) Le problème de pollution des véhicules, à essence ou gasoil serait-il résolut? Pourquoi?
Les Données = 1L d'essence pêrmet de fournir une énergie de 34MJ
1tep (tonne d'équivalent pétrole) = 11620kWh
1kWh = 3,6 x 106 J
Bonjour!
Voici ce que j'ai fait pour la première réponse = P =U/t (100 = 1/2 x 200)
Donc P = 2500/2
t = 4/2
U = P x t
U = 1250 x 3600 x 2
U = 9 x 10^6
Voilà mais je ne suis pas sûr! Pouvez-vous m'aidez pour cet exercice s'il vous plait?
Merci!
majiva.
Bonjour,
Tu as divisé deux fois par deux : une fois la puissance et une fois la durée nécessaire au fonctionnement du compresseur.
Je crois préférable de calculer la puissance nécessaire pour 200 km
puis, une seule fois, de diviser ce résultat par 2
Energie pour 200 km : U = P.t = 2 500 * 4 = 10 000 W.h ou 10 kWh ou encore 36.106 J
Energie nécessaire pour 100 km : 5 kWh ou 18.106 J
bonjour j'aimerais bien que quel qu'un puisse meder pour un exercice en math sa ne prendra pas longtend
hls
Si tu trouves qu'un de tes exercices tarde à recevoir une réponse, fais le remonter en ajoutant un message dans ce topic, mais n'écris pas ta demande partout dans le topic des autres.
Merci pour votre réponse!
Voici ce que j'ai fait pour la dexième question =
2)7L pour 100Km
Sachant que 1L = 34 MJ
34 x 10^6J
Donc 7 x 34 x 10^6J = 2,38 x 10^8J
Ainsi la consommation de cette voiture est inférieure a celle d'une voiture à essence!
Pouvez-vous corriger ci ce que j'ai fait est faux?
Merci!
majiva.
Pour trouver la production d'énergie électrique si toutes les voitures étaient à l'air comprimé, voici ce que j'ai fait =
(2,38 x 10^8)/ (3,6 x 10^6) = 6,61 x 10^1KWh
Sachant que 1 Mtep = 11620 KWh
(6,61 x 10^1)/11620 = 5,68 x 10^-3
Cependant j'ai l'impression que mon résulata est faux car la consommation pour une voiture à air comprimé est nettement inférieure a celle pour une voiture à essence!
Pouvez-vous me corriger s'il vous plait?
Merci!
majiva.
Bonsoir,
Là ce n'est pas bon...
Quand une voiture consomme avec de l'essence 2,38.108 J ou 66,1 kWh elle ne consomme à l'électricité que 5 kWh
Quelle est en kWh la consommation du parc automobile français roulant à l'essence ?
Que deviendrait donc cette consommation électrique en passant par l'air comprimé ?
Merci pour votre réponse!
La consommation du parc automobile français roulant à l'essence est =
40 x 10^6 x 11620 = 4,65 x 10^11 kWh
Par contre je ne comprends pas très bien votre seconde question peut-on passser de l'essence à l'air comprimé?
De plus pour la question 4) on demande de calculer le nombre de centrales supplémentaires alors que l'on a vu dans les premières questions que la consommation d'une voiture à air comprimé était plus faible qu'une voiture à essence!
Je ne comprends pas tout!
Pouvez-vous m'expliquer s'il vous plait?
Pouvez-vous me détailler les réponses?
Merci!
majiva.
Tout à fait d'accord avec le 4,65.1011 kWh
Pour 100 km, une voiture roulant à l'essence consomme 2,38.108 joules ce qui équivaut à 66,1 kWh
En roulant à l'air comprimé elle ne consommerait que 5 kWh
Toutes les voitures du parc français en roulant à l'essence consomment 4,65.1011 kWh
En roulant à l'air comprimé quel énergie (électrique) consommeraient les voitures de tout le parc français ?
Il faut quant même repositionner l'une ou l'autre chose.
L'exercice a probablement été écrit par un écolo et il a poussé dans le sens qui l'intéresse.
Si on veut comparer deux types de "motorisation", il faut le faire sans modifier le "reste".
Pour déplacer un véhicule, la plus grande partie de la puissance nécessaire est celle qui sert à vaincre les frottement aérodynamiques.
La force nécessaire pour vaincre les frottements dans l'air à une vitesse v est : , et donc la puissance minimum nécessaire pour déplacer le véhicule à une vitesse v est :
Avec P en Watts
= 1,3 kg/m³ la masse volumique de l'air.
un coefficient sans dimension qui tient compte de la forme de la voiture (Pour une voiture 0,3 est un bon ordre de grandeur pour me Cx).
en m², le maître couple, soit, la section qui résiste à l'avancement (environ 3 m² pour une voiture)
en m/s la vitesse de déplacement.
Si on reprend la puissance de la voiture à air comprimé de l'exercice, on a:
, soit 46,4 km/h
et donc, à un fifrelin près on retrouve bien une vitesse proche de celle de l'énoncé (puisque 200 km en 4 h)
L'énoncé suppose donc que la voiture à air roule à vitesse constante et relativement faible.
Alors que les 7 l au 100 km annoncé pour la voiture à essence (ce qui est le bon ordre de grandeur) le sont pour des conditions de roulage normal,
Soit 130 km/h sur autoroute ou bien moins vite sur autres routes mais alors avec arrêts et redémarrages au feu de circulations ou croisements ou ...
Bref dans des conditions qui n'ont rien à voir avec celles prises pour la voiture à air comprimé.
Si on se contente, en compromis, de calculer pour un déplacement à 100 km/h régulière, on aurait comme puissance minimum nécessaire avec la voiture décrite avant:
une vitesse
On a alors v = 27,8 m/s
Temps de parcours pour 100 km : t = 3600 s
Energie consommée sur 100 km = 90 millions de Joules
La voiture à air comprimé, même avec un rendement parfait, si elle a la même forme et se déplace à la même vitesse (100 km/h) que la voiture à essence consommerait 90.10^6 J au 100 km
La voiture à essence consommerait elle 7 litres d'essence, soit 7 * 34 MJ = 238.10^6 J
Ce qui donne un rendement au moteur à essence = 100 * 90/238 = 37,8 %
C'est un peu moins dans la réalité, mais pas trop mal pour un calcul à la louche.
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Cela resitue mieux la réalité, à peu près un rapport 3 entre les consommations en énergie de la voiture idéale (rendement 100 % pour la motorisation) et nos voitures actuelles.
On est loin de ce qui est le résultat de l'exercice ou le rapport est de 13 environ.
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Je suis écolo dans l'âme, mais il faut resituer les choses correctement si on veut réussir à combattre efficacement la pollution (ce qui est impératif).
Malheureusement, nos écolos politiciens se font trop souvent rouler dans la farine et sont incapables de s'en apercevoir. Il essaient alors de pousser dans directions qui ne sont pas optimales.
Bonjour J-P
C'est très intéressant.
Mais l'énoncé ne dit pas que la voiture roule 200 km en 4 heures.
L'énoncé dit que pour faire parcourir à la voiture 200 km il faut faire fonctionner un compresseur consommant 2 500 W pendant 4 heures.
Bonne journée !
Cela ne change pas ce que j'ai écrit Coll.
Je m'étonne un rien que tu sembles aussi être tombé dans le panneau.
J'ai simplement montré qu'un moteur avec un rendement de 100 % consommerait effectivement 2500 W pour faire avancer un véhicule de forme actuelle à 50 km/h à vitesse strictement constante. Et que si la vitesse était irrégulière mais avec une moyenne de 50 km/h, la puissance moyenne nécessaire serait forcément supérieure à 2500 W.
Il est donc évident qu'il n'est pas possible de développer moins de puissance (avec une voiture ayant un Cx et une forme comme celles actuelles) pour avancer à 50 km/h.
Si la voiture roulait à vitesse irrégulière avec une moyenne de 50 km/h, la consommation énergétique totale serait plus élévée (à cause du cube dans la formule de la puissance ou du carré dans l'énergétique pour une distance de trajet donnée).
Comme la voiture à piston a fait 200 km en 4 heures en utilisant une puissance de 2500 W, ce n'est possible que si la vitesse a été constante et égale à 50 km/h.
Si ce n'était pas le cas, le rendement énergétique aurait été supérieur à 1, ce qui est évidemment impossible.
Or la consommation de 7 litres/100 km d'une voiture moyenne n'est pas pour une vitesse de 50 km/h fixe, mais bien pour les conditions moyenne habituelle de circulation.
Le problème a donc bien été faussé comme je l'ai indiqué.
En refaisant le calcul avec des conditions de routes qui entraînent la consommation de 7 l/100 km annoncée pour les voitures à essence, on arrive (sur autoroute à 100 km/h) pour une motorisation de 100 % de rendement (donc impossible de faire mieux pour la voiture à air comprimé) à une puissance bien plus élévée que les 2500 W annoncés.
Il n'y a pas le miracle, le v³ de la formule permet de faire dire n'importe quoi aux chiffres, on impose une vitesse 2 fois plus faible d'un véhicule par rapport à l'autre et pan on a un facteur 2³ = 8 dans la vue sur la puissance et un facteur 4 sur la consommation énergétique pour une distance de trajet donnée.
C'est ce qui a été fait dans cet exercice, mais camouflé de manière à ce que cela échappe à un oeil non averti.
Les chiffres de puissance ont été donné pour la voiture à air comprimé à une vitesse faible et fixe de 50 km/h et les consommation de la voiture à essence sont ceux d'un trafic classique.
Mon petit calcul n'incluait que la puissance due au coefficient de traînée et donc n'est pas valable pour la circulation en ville, à très faible vitesse, mais cela montre à suffisance qu'on fait dire n'importe quoi aux chiffres.
Faut pas gober tout ce qui est dit
Merci pour toutes vos réponses!
Seulement, je ne comprends pas tout, et je reste assez perdu! En effet, je n'ai jamais vu les formules mentionnées par J-P, et je ne comprends pas vraiment les réponses.
Pouvez-vous m'expliquer plus clairement, avec des calculs simples s'il vous plait?
Pour la puissance je ne connait que P = U/t.
majiva.
Bonjour majiva
Je crois que les réponses de J-P ne s'adressent pas vraiment à toi. J-P ne corrige pas tes réponses, il corrige ton énoncé.
Si tu veux on reprend (mon message du 28 à 20 h 51) :
66,1 kWh[ smb]fleche2[/smb] 4,65.1011 kWh
5 kWh 
? kWh
Quelle serait la consommation électrique du parc automobile français roulant avec ce système ?
majiva
Désolé de t'avoir embrouillé.
Comme Coll te l'a dit, ms interventions dans ce topic ne concernaient pas directement la résolution de ton problème.
Oublie donc ce que j'ai écrit.
La seule chose que tu peux retenir de ce que j'ai écrit est que les réponses à ton problème ne représenterons pas la réalité du terrain.
Pour le reste, oublie ce que j'ai écrit.
Bonjour majiva
On ne va pas laisser ce sujet en l'état...
3)La consomation routière Française est actuellement de 40 Mtep par an d'essence. Quelle production d'énergie électrique serait nécessaire si toutes les voitures fonctionnaient avec de l'air comprimé?
Tu as vu à la question 1 qu'une voiture "à l'air comprimé" aurait besoin d'une énergie de 5 kWh (ou 18.106 J) pour 100 km
Tu as vu à la question 2 qu'une voiture à essence a besoin d'une énergie de 238.106 J (ou 66,1 kWh) pour 100 km
Dans la question 3 : toutes les voitures françaises consomment 40 Mtep par an. Ceci est une énergie de 40.106 * 11 620 = 4,65.1011 kWh consommée par an
Si au lieu de consommer de l'essence, les voitures fonctionnaient selon ce système, la consommation d'énergie électrique pour ces voitures serait de
(4,65.1011 / 66,1) * 5 = 3,5.1010 kWh
4)= Le parc nucléaire actuel comprend 58 centrales nucléaires produisant environ 400 TWh d'électricité par an. Evaluer le nombre de centrales nucléaires supplémentaires permettant de faire rouler toutes les voitures de France avec de l'air comprimé.
Avec 58 centrales nucléaires, il est produit annuellement environ 400 TWh soit 400.109 kWh
Pour produire l'électricité capable de faire fonctionner les compresseurs nécessaires aux voitures françaises il faudrait ainsi :
(58 / 400.109) * 3,5.1010 = 5 centrales nucléaires supplémentaires environ.
5) Le problème de pollution des véhicules, à essence ou gasoil serait-il résolu ? Pourquoi ?
Je te laisse réfléchir à cette dernière question.
Bonjour!
Merci pour toutes vos réponses!
Je comprends mieux à présent!
Il y a juste un détail = Lorsque vous dites =
"Si au lieu de consommer de l'essence, les voitures fonctionnaient selon ce système, la consommation d'énergie électrique pour ces voitures serait de
(4,65.1011 / 66,1) * 5 = 3,5.1010 kWh"
Ici je ne comprends pas pourquoi on multiplie par 5!
Pouvez-vous m'expliquer ce calcul s'il-vous plait?
Merci!
majiva.
Bonjour,
5 kWh est l'énergie "électrique" qui serait nécessaire selon l'énoncé pour faire rouler une voiture 100 km avec ce principe. (message du 27 février à 17 h 02)
"Règle de trois" ou "produit en croix"... puisqu'il faut 4,65.1011 kWh d'énergie pour faire rouler des voitures qui, à l'essence, ont besoin de 66,1 kWh pour parcourir 100 km
66,1 kWh au 100 km pour une voiture à essence
5 kWh au 100 km pour une voiture à air comprimé.
Donc une voiture à air consomme (66,1 / 5) = 13,22 fois moins qu'une voiture à essence.
Comme au total, les voitures à essence consomment 4,65.10^11 kWh, en les remplaçant par des voitures à air comprimé, la consommation totale serait:
4,64.10^11 / 13,22 = 3,5.10^10 kWh
-----
OK ?
Je viens de comprendre!
Pour la question 3) =
66,1 ->4,65.10^11
5 ->?
((4,65 x 10^11)x5)/66,1 = 3,52 x 10^10kWh!!
Pour la question 4 j'ai fait la même méthode =
58 ->400 x 10^9
? ->3,5 x 10^10
(58 x (3,5 x 10^10))/(400 x 10^9)
= 5 centrales en plus!
5) Non, le problème" de pollution ne serait pas résolut car il y aurait plus de centrales nucléaires donc plus de "déchets" (négatif pour l'environnement) donc plus de pollution!!
Merci pour votre aide précieuse!
majiva.
Merci pour vos corrections!
Il reste une questions que j'ai du mal a comprendre =
4) 400TWh = 400 x 10^9kWh
1Tonne = 10^3 k
Pourquoi est-ce que l'on met 10^9 ici?
Pouvez-vous m'expliquer s'il-vous-plait?
On trouve 5 centrales nucléaires supplémentaires, mais comment peut-on savoir que c'est 5 centrales supplémentaires et non 5 centrales simplement car le produit en crois nous indique le nombres de centrales pour faire rouler les voitures avec de l'a
l'air comprimé!
De plus, on produit plus d'électricité (4,0 x 10^11) avec 58 centrales qu'avec l'autre (3,52 x 10^10)!
Pouvez-vous m'expliquer s'il-vous-plait?
Merci!
majiva.
Sachant que 400 x 10^9 > 3,52 x 10^10
Pourquoi doit-on avoir plus de centrales nuclaires pour produire 3,52 x 10^10 kWh, alors qu'on en utilise moins pour produire 400 x 10^9 kWh!!
Pouvez-vous m'expliquer s'il-vous-plait?
majiva.
Ce sont bien 5 centrales nucléaires supplémentaires
Aujourd'hui l'énrgie électrique en provenance des centrales nucléaires ne sert pas à faire rouler les voitures. Elle sert à l'éclairage des maisons et des villes, aux appareils ménagers, à l'industrie, aux trains électriques, etc.
Les voitures aujourd'hui roulent essentiellement à l'essence.
Si on adoptait ce que propose ton énoncé les usages actuels de l'électricité ne changeraient pas ; mais pour faire rouler aussi les voitures à partir de l'électricité il faudrait en plus produire de l'électricité pour ce nouvel usage.
D'accord ?
Merci pour votre réponse!
Donc il est normal que l'on ait besoin de plus de centrales pour produire moins?
L'ennocé n'est pas faussé?
Cela change t-il quelque chose aux calculs?
majiva.
Aujourd'hui on consomme électricité1 + essence
La proposition de l'énoncé est de remplacer l'essence par de l'électricité2. Donc il faudrait produire électricité1 + électricité2
Il faudrait produire plus d'électricité.
Ce que disent les messages de J-P c'est que les valeurs de 2 500 W pendant 4 heures, soit 5 kWh pour faire rouler "normalement" une voiture pendant 100 km, ces valeurs sont certainement trop faibles (mais ce sont celles de ton énoncé ; donc ne change pas tes résultats). La conséquence est que si l'on voulait vraiment remplacer l'essence par l'électricité il faudrait beaucoup plus que 5 centrales nucléaires supplémentaires.
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