Puissance et énergie électrique

1 GEL Chapitre 4 : Puissance et énergie
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Physique Appliquée - HASSENBOEHLER
Chapitre 4 : Puissance et énergie
4.1. la puissance électrique
exemple des lampes dont l'éclairement change
avec la puissance indiquée,
on dit la puissance nominale,
mais la tension nominale ne change pas
4.1.1. Définition : la puissance reçue par un dipôle fléchée en récepteur auquel on applique
une tension u et qui est traversé par un courant d'intensité i vaut
P = u . i
unités : le watt (W) si u est en volts (V) et i est en ampères (A)
Si P > 0 W le dipôle est récepteur. Si P < 0 W le dipôle est générateur.
Exemple : une batterie de 12 V alimentant une lampe qui est alors traversée par un courant
de 2 A fournit 12 x 2 = 24 W
Ordres de grandeur des puissances électriques
1mW = 0,001 W = 10-3 W composants électroniques,
les piles, les diodes, …
1W la lampe de poche, …
100 W appareils vidéo, télévision, PC, …
500 W une personne qui travaille dur !
736 W un cheval-vapeur (1 CV)
1kW = 1000 W = 10+3 W l'électroménager, chauffage électrique,
les machines électriques :
moteurs, alternateurs, …
300 kW puissance moyenne d'un gros camion
1MW = 1 000 000 W = 10+6 W un avion, une locomotive, un TGV, …
1 GW = 10+9 W une centrale nucléaire
240 V
50 W 240 V
75 W
240 V
100 W

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4.1.2. Cas des résistances linéaires rappel du chapitre 2 :
P = u . i = R . i2 = = u2
R puis Umax = Pmax.R et Imax = Pmax R
exemple : calculer Umax et Imax pour un résistor 470 Ω, ½ W
4.1.3. Mesurage d'une puissance P en régime continu
montage voltampèremétrique avec un ampèremètre et un voltmètre
P = u.i
à l'aide d'un wattmètre
un wattmètre a deux circuits indépendants :
le circuit courant entre les bornes A et * qui mesure l'intensité du courant i
le circuit tension entre les bornes V et * qui mesure la tension u
il indique le calibre du circuit courant et le calibre du circuit tension
Exercice :
un wattmètre de calibre 240 V, 5 A a 120 divisions et l'aiguille s'arrête sur la division 100.
Calculer la puissance que consomme le dipôle récepteur.
le wattmètre mesure P = déviation
nombre de divisions x calU x calI
= 100
120 x 240 x 5
= 1000 W = 1 kW
dipôle
i
u
W
i
u
*
A
*
V
W
*
A
*
V
i
u
dipôle
i
u
A
V
i
i
u
W
240 V 5 A
dipôle
récepteur
i
u
récepteur
générateur
générateur récepteur

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4.2. L'énergie électrique
4.2.1. Définition : un appareil reçoit de l'énergie s'il est capable de fournir un travail mécanique
ou de la chaleur
W = u . i . t
Unités : le joule (J) si u est en volts (V), i est en ampères (A) et t en secondes (s)
Autres unités : le kilowattheure (kWh) utilisé par le fournisseur d'énergie électrique
rappelons que u.i est la puissance en watts (W)
1 kWh correspond à 1000 x 3600 joules = 3 600 000 J
l'électronvolt (eV) utilisé par les physiciens nucléaires
1 eV = 1,6 x 10-19 J
la tonne équivalent pétrole (tep), la tonne équivalent charbon (tec), …
exemple : mon téléviseur consomme 50 W et reste allumée toute une journée
il consomme W = P.t = 50 x 24 x 3600 = 4 320 000 J
l'EdF me facture W = P.t = 50 x 24 = 1200 Wh = 1,2 kWh
et si le kWh coûte 0,12 €, coût = 1,2 x 0,12 = 0,144 €
Autre définition de la puissance : comme W = P.t on a P = W
t . Retenons alors que :
La puissance est l'énergie reçue ou fournie en une seconde.

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4.2.2. L'énergie se trouve sous différentes formes :
- électrique
- mécanique, hydraulique
- solaire, rayonnante
- thermique, géothermique (les pompes à chaleur)
- nucléaire
- chimique
4.2.3. L'énergie électrique en fonction de la quantité d'électricité traversant un dipôle
Q = i . t donc
4.2.4. L'effet Joule :
Un résistor de résistance R traversé par un courant i transforme en chaleur toute
l'énergie électrique qu'il reçoit
W = P . t = u . i . t
(J) (W) (s) (V) (A) (s)
W = u . i . t = u . Q .
(J) (V) (A) (s) (V) (C)
générateur
i
u R
énergie W
dissipée
par effet Joule
dans le résistor
W = R . i2 . t

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4.3. La conservation de l'énergie
4.3.1.Principe de la conservation de l'énergie d'un système isolé
On attribue à Lavoisier la maxime « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
Il a découvert en procédant à une fermentation, qu'il y a une égale quantité de matière avant et
après l'opération.
En d'autres termes :
l'énergie reçue par un système est égale à l'énergie restituée par ce système
puis, si on divise les énergies W par le temps de fonctionnement t, on a la puissance W
t = P
4.3.2. Cas du générateur
u = E - Ri pour un générateur
et en multipliant par i on trouve
ui = Ei - Ri2
soit Put = Pabs - pertes
La puissance utile fournie par un générateur est
la puissance absorbée diminuée les pertes par
effet Joule
R
E
u
i
générateur utilisation
u.i
E.i
R.i2.t
appareil
ou
système
Wabs Wut
énergie
absorbée
énergie
utile
énergie
perdue
W
abs
= W
ut
+
w
p
wp
appareil
ou
système
Wa
t = Pabs Wu
t = Put
puissance
absorbée
puissance
utile
puissance
perdue
P
a
=
P
u
+
pertes
Wp
t
= pertes