Puissance Loi de Joule 1 . Puissance électrique Le courant électrique constitué d'électrons en mouvement est une source d'énergie . Dans un moteur électrique cette énergie est transformée en énergie mécanique . Dans un radiateur électrique elle est transformée en chaleur . Dans une lampe elle est transformée en lumière et aussi en chaleur Dans un émetteur radioamateur l'amplificateur final transforme l'énergie électrique fournie par l'alimentation en énergie haute fréquence (HF) envoyée à l'antenne . On peut mesurer l'énergie électrique reçue par une petite lampe à incandescence avec un ampèremètre et un voltmètre : sur le montage schématisé ci-contreune une lampe miniature est alimentée par une pile de 4 ;5 V . On trouve U = 4,16 V et i = 250 mA . L'intensité étant un débit d'électrons et la tension la chose qui pousse les e - leur produit U * I est un débit d'énergie c'est-à-dire l'énergie fournie à la lampe en 1 seconde . On l'appelle puissance électrique . C'est la puissance d'entrée de la lampe ou puissance input . La puissance de sortie ou puissance output est la lumière ( et la chaleur ) fournie par la lampe . L'unité de mesure de puissance est le WATT (Symbole W ) . On utilise couramment le milliwatt (mW) , le kilowatt (kW) , le mégawatt (MW) : 1 mW = 0,001 W 1 kW = 1 000 W 1 MW = 1 000 000 W Valeur numérique de la puissance reçue par la lampe : P = U * I = 4,16 V* 0,25 A = 1,04 W voisin de 1 W Cela nous donne une idée du WATT . FORMULE : PP = U * I W V A Une lampe de poche consomme 1 W P U * I Pour retenir : Cacher U , il reste P / I D'où Comme U = R * I ( loi d'Ohm ) ou I = U / R U = P / I De même I = P / U P = R * I2 W Pour retenir : P U*I P R * I2 P * et Ω A P = U2 / R W V Ω U2 R Remarque : Les résistors utilisés en radio sont caractérisés ,en plus de leur valeur , par leur puissance . Un résistor peut dissiper une certaine énergie . Il ne doit pas être détruit par la chaleur . On trouve des résistors de 1/4 W , 1/2 W pour les plus petits , de 1 W , 2 W .... Compte tenu de cette puissance et de la valeur du résistor l'intensité ou la tension ne doivent pas dépasser une valeur que l'on peut calculer . Voir les exercices ci-dessous . 2 . Exercices résolus . Exemple 1 .Puissance disipée dans la résistance ? R et I sont connus . On peut appliquer P = R I2 P = 5 600 * 0,022 = 5 600 * 0,000 4 = 2,24 W Exemple 2 . Puissance dissipée dans la résistance ? On connaît U et R . On peut utiliser P = U2 / R P = 112 / 22 = 5,5 W P = R I2 ou I2 = P / R I2 = 2 W / 200 Ω = 0,01 D'où I = 0,01=0,1 A maxi 2 R*I 5,6 kΩ 22 Ω 11 V Exemple 3 . Valeur maxi de I ? P 20 mA I max ? R = 200 Ω P=2W Exemple 4 . Quelle est la résistance à chaud de la lampe étudiée au paragraphe 1 . P Donne R = P / I2 = 1 , 04 W / 0,25 A2 = 16,6 ohms Lorsque la lampe est froide l'ohmmètre indique 3 ohms . 2 R*I Exemple 5 . Tension U à ne pas dépasser ? 18 Ω 2W Avec QCM A)9V B ) 36 V C)6V D)2V U maxi ?? On connaît R et P .On demande U . Avec P = U2 / R ou U2 = P * R = 2 * 18 = 36 P U2 R U = 36=6V Réponse C 3 . Loi de Joule ( James Joule : physicien anglais - 1818 - 1889 ) Lorsque le courant traverse un métal , du graphite , un électrolyte en solution ou fondu il y a dégagement de chaleur . C'est "l'effet Joule " . Exemple : Quelle est l'énergie consommée par la lampe précédente en 8 heures ? Elle consomme 1 ,04 W par seconde d'où en 8 heures (1h = 3 600 s )énergie désignée par W = 1,04 * (8 * 3600 ) = 29 952 joules Energie = W = P * t = U * I * t = R * I2 * t J W s V A s Ω A s L'unité de mesure d'énergie est le JOULE (symbole J ) . On utilise le kilojoule (kJ) : 1 kJ = 1 000 J . Exercice : Calculer l'énergie consommée en 1 minute dans une résistance de 100 ohms parcourue par un courant de 50 mA ? 1 min = 60 s et 50 mA = 0,050 A = 0,05 A énergie = W = R * I2 * t = 100 = 100 * 0,052 * 60 = 15 J ( vérifier ) Autre unité d'énergie . L'énergie électrique consommée à la maison et affichée par le compteur électrique est évaluée en kilowattheures ( kWh ) à partir du wattheure ( Wh ) . 1 kWh = 1 000 Wh Énergie = W = P * t ou Wh W h W = P * t kWh kW h Exemple : Quelle est l'énergie consommée en 1 an par une lampe de 75 W allumée 2 heures par jour ( 1 an = 365 jours ) . W = P * t = ( 75 * 2 ) * 365 = 54 750 Wh # 55 kWh W h