Chapitre 6 ÉNERGIE – PUISSANCE

Chapitre 6
ÉNERGIE – PUISSANCE - RENDEMENT
Sommaire
–1. Définitions – symboles - unités
–2. Chute de tension dans les conducteurs
–3. Effets calorifiques du courant
1. DÉFINITIONS – SYMBOLES - UNITÉS
1.1 Force
La physique définit une force comme étant toute
cause capable de modifier l'état de repos ou de
mouvement d'un corps, ou encore de produire des
déformations. L'unité choisie est le Newton [N].
Pour soulever une masse, il faut exercer sur elle
une force égale et opposée à la force de pesanteur,
c.-à-d. à son poids. La figure ci-contre montre que
pour soulever la charge de masse « m » il faut lui
appliquer une force de levage F.
1.2 Travail
Si une force déplace son point d'application dans sa
propre direction on dit qu'il y a production de
travail. L'unité choisie est, toujours dans le
système MKSA, le Joule [J] . La figure ci-contre
montre que si la charge de masse « m » est
soulevée à une distance « d » il y aura production
d'un travail.
Théorie chapitre 6 – page 1
W = F * d W = travail en
Joules
F = force en Newtons
d = espace en mètres

Exemple
Calculer le travail fourni par un ouvrier qui a hissé à une hauteur de 10 m une charge de
20 kg.
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
d = 10 m
m = 20 kg
W = ? J F = m * g
W = F * d
F = 20 * 9,81 = 196,2 N
W = 196,2 * 10 = 1962 J
1.3 Énergie
L'énergie est le pouvoir de produire du travail. On la trouve sous plusieurs formes :
–énergie potentielle (barrage, ressort tendu, charbon, arc tendu, etc...)
–énergie cinétique (véhicule en mouvement, pierre qui tombe, etc...)
–énergie calorifique (charbon qui brûle, soleil, etc...)
–énergie électrique (générateur, moteur, transformateur, etc...)
Exemple
Un barrage, situé à une hauteur de 100 m, a une capacité de 80 millions de mètres cube
d'eau. Quelle est l'énergie ainsi accumulée (potentielle) ?
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
d = 100 m
m = 80 106 m3
or 1m3 = 1000 l =
1000 kg
W = ? J F = m * g
W = F * d
F = 1000 * 9,81 = 9810 N
Ft = 9810 * 80.106 = 7848.
108 N
W = 7848. 108 * 100 =
7848.1010 J
1.4 Puissance
La puissance d'une machine est mesurée par le travail qu'elle effectue pendant l'unité
de temps c.-à-d. pendant chaque seconde. Cette notion est importante car deux
machines peuvent absorber une même quantité d'énergie mais pas nécessairement
durant le même temps ! On peut donc écrire :
Théorie chapitre 6 – page 2
P = Puissance en watts
W = Travail en Joules
t = temps en secondes

Exemple
Une grue soulève une charge de 5.000 kg à une hauteur de 20 m en deux minutes.
Calculez la puissance de la grue.
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
d = 20 m
m = 5000 kg
t = 2' = 120 ''
W = ? J F = m * g
W = F * d
P = W / t
F = 5000 * 9,81 = 49050 N
W = 49050 * 20 = 981.103 J
P = 981.103/120 = 8175 W
Sachant qu'en mécanique l'énergie W est égale au produit d'une force F par un
déplacement d qu'en est-il en électricité ? L'équivalent de la force F est tout
simplement la quantité d'électricité Q tandis que la distance d est mesurée par la
différence de potentiel U. On se rappellera que Q = I * t et dès lors on peut écrire que :
Après simplification la formule de la puissance devient :
Unité choisie
Dans le système MKSA, la puissance électrique s'exprime en watts (W). Un watt est la
puissance d'un récepteur qui absorbe un ampère sous une tension de un volt.
Exemple
Un appareil absorbe un courant de 10 A sous une tension de 220 V. Quelle est sa
puissance ?
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
I = 10 A
U = 220 V
P = ? W P = U * I P = 220 * 10 = 2200 W
Théorie chapitre 6 – page 3
P = Puissance en watts
U = Tension en volts
I = Intensité en Ampères
t = temps en secondes
P = U * I
P = Puissance en watts
U = Tension en volts
I = Intensité en Ampères

Formules combinées
Unité pratique de l'énergie électrique
Notre fournisseur d'énergie électrique tarifie ses fournitures en kWh et non pas en
Joules. En effet le joule est le travail fourni, chaque seconde, par un récepteur d'une
puissance de 1 watt. Cela représente un très petit travail et c'est la raison pour laquelle
on introduit habituellement la puissance en kW et le temps en heures.
En résumé :
–W exprimé en J si la puissance est exprimée en W et le temps en s ,
–W exprimé en kWh si la puissance est exprimée en kW et le temps en h .
Exemple
Votre lustre n'a pas été éteint avant votre départ en vacances ! Qu'en vous coûtera-t-il
si vous savez que le kWh vous est facturé 8 centimes. Votre lustre est équipé de six
lampes de 75 W et vos vacances se sont prolongées durant trois semaines !
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
P = 75 * 6 = 450 W
=0,45 kW
t = 21 j = 504 h
prix = 0,08 €
W = ? (J) W = P * t
coût = W * prix
W = 0,45 * 504 = 226,8
kWh
coût = 226,8 * 0,08
= 18,14 €
Théorie chapitre 6 – page 4

1.5 La notion de rendement
Si l'on regarde l'illustration ci-dessous on constate que le générateur reçoit une
puissance mécanique P1 et après transformation restitue une puissance électrique P2. On
souhaiterait que ces deux puissances soient égales !
En réalité, aucune machine n'étant parfaite, la puissance P2 sera inférieure à la
puissance P1, en effet la transformation d'énergie s'accompagne toujours d'une certaine
perte. Par suite de ces pertes on dira que la puissance utile est plus petite que la
puissance absorbée. On définira le rendement comme étant le rapport entre la puissance
utile et la puissance absorbée. Le symbole choisi est la lettre grecque êta [ η ].
Exemple
Un appareil dont la puissance nominale est de 1000 W absorbe une puissance de 1200 W.
Calculez son rendement.
Donnée(s) Inconnue(s) Formule(s) Solution
Put = 1000 W
Pab = 1200 W
η = ? η = Put/Pab η = 1000 / 1200 = 0,83
N.B. : Ce même résultat est souvent exprimé en % et on dira alors que le rendement de
cet appareil est de 83 % .
Théorie chapitre 6 – page 5
Ηη = rendement sans unité
Put = puissance utile en W
Pab = puissance absorbée en W