1 . Puissance électrique Le courant électrique constitué d`électrons

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