Puissance et énergie électrique

Puissance et énergie électrique

Objectifs :

1) Définir l'énergie électrique /effet Joule

2) Définir la puissance électrique/Relation entre puissance et énergie 3) La puissance nominale d’un dipôle électrique

4) Unités et conversion

5) Relation entre Tension, Intensité et Puissance.

6) Puissance et énergie aux borne d’un conducteur Ohmique.

7) Compteur et facture électrique

Définir l'énergie électrique /effet Joule

L'énergie électrique correspond à l'énergie consommée par un appareil électrique pour la transformer en une autre énergie. En SI, Son unité est le joule notée (J)

Energie électrique

Energie lumineuse + Chaleur q (Perte) Energie

électrique

Energie mécanique de rotation

+ Chaleur q (Perte) Energie

électrique

Chaleur Q

Effet Joule : Est la transformation de l’énergie électrique en chaleur.

1) L’effet Joule est à profit (utile) dans les appareils ayant une résistance chauffante : fer à repasser, radiateur électrique, chauffe-eau ……

2) L’effet Joule est nuisible dans les appareils ayant une résistance protectrice : Lampe , moteur,

ordinateur, réfrigérateur (la chaleur dégagée est considérée comme une perte d’énergie… Pour résoudre

Définir la puissance électrique/Relation entre puissance et énergie

La puissance électrique représente l'énergie électrique consommée par une unité de temps. La puissance électrique est définit comme le

rapport de l'énergie à la durée de fonctionnement. En SI, Son unité est le Watt notée (W).

𝑷 _(𝑾) = ^𝑬

𝒕

ou 𝑬 _(𝑱) = 𝑷 _(𝑾) × 𝒕 _(𝒔) 1 𝑾 = 1( ^𝑱

𝑠 ) ou 𝟏𝑱 = 𝟏(𝑾 × 𝑠)

La puissance nominaLe d’un dipôLe éLectrique

La puissance nominale d’un dipôle est la puissance consommée en fonctionnement normale lorsqu’il est soumis à sa tension nominale.

Exemple: Signification des indications de la figure ci-contre.

220-240V: Tension nominale 11Watt: Puissance nominale.

Cette lampe fonctionne normalement sous une tension entre 220 et 240V et consomme une puissance de 11W c.à.d. de 11 J chaque seconde.

Signification de la puissance nominale

Plus un dipôle a une puissance nominale élevée plus son action est efficace.

Exemple:

➢ Plus l’éclat d’une lampe est fort.

Unités et conversion

Multiple et sous-multiple d’unité

▪ le milliwatt (mW): 1mW = 10-

W

▪ le kilowatt (kW): 1kW = 10

W

▪ le megawatt (MW): 1 MW = 10

W

▪ le gigawatt (GW): 1 GW = 10

W

Unité usuelles de l'énergie

▪ 1KWh= 1000W× 3600s=36x10

J

▪ 1Wh= 1W× 3600s=36x 10

J

ZAHI FARHAT

Relation entre Tension, Intensité et Puissance.

Expérience sur la puissance électrique

On alimente différentes lampes de puissances nominales différentes entre les bornes d’un générateur de tension continue réglable et on mesure la tension U ainsi que l’intensité I.

On remarque que la valeur du produit U x I est proche de la valeur de la puissance nominale.(écart expérimental) DONC

Un dipôle alimenté sous une tension reçoit une puissance P égale au produit de la tension U entre ses bornes par l’intensité I du

courant qui le traverse.

NB:

Si la tension est alternative, on pourra utiliser la formule précédente mais dans ce cas, on utilise les valeurs efficaces de la tension U_eff et de l'intensité I_eff, c'est-à-dire celles qui,

Cas général

puissance et énergie aux borne d’un conducteur ohmique.

𝑷 = 𝑼 × 𝑰 Mais 𝑼 = 𝑹 × 𝑰 donc 𝟏) 𝑷 = 𝑹 × 𝑰

𝑷 = 𝑼 × 𝑰 Mais 𝑰 =

𝑹

donc 2) 𝑷 =

𝑹

𝑬 = 𝑷 × 𝒕 Mais 𝑷 = 𝑹 × 𝑰

donc 𝟑) 𝑬 = 𝑹 × 𝑰

× 𝒕 𝑬 = 𝑷 × 𝒕 Mais 𝑷 =

donc 𝟒) 𝑬 =

𝑹

× 𝒕

En se basant sur la loi d’Ohm U=RxI et I=U/R

On peut déduire les formules particulières de la puissance et de l’énergie aux bornes d'un conducteur Ohmique de résistance R

Sachant que E = 𝑼 × 𝑰 × 𝒕

NB: La formule générale reste applicable aux borne d'un conducteur Ohmique

Compteur et facture électrique

Dans une maison, l'énergie électrique consommée par l'ensemble des appareils utilisés est mesurée grâce au compteur électrique. On relève l'indication du

compteur E_avantet après une période définie on relève l'indication E_après.

La consommation d'énergie sur cette période sera : E= E_avant− E_après.

Une facture est alors éditée, indiquant l'énergie électrique consommée en kWh ainsi que le prix à payer.

Le prix à payer, ou coût, sera alors : C = (E_après − E_avant) X prix d'un kWh

𝑬 = 𝑪 × 𝒏

E : l’énergie électrique consommée en Joules ou kWh

C : Constante ou calibre du compteur en Joules /tour ou Wh/tour n : nombre de tours du disque dans le compteur .

Application:

On relève sur le compteur les énergies consommée

E avant=5 000 kWh et E après =6 500 kWh, le prix d'1kWh étant de120L.L le coût pour cette période sera :

C = (E_après − E_avant ) x prix d'un kWh C =(6500 _ 5000) x 120 = 180000L.L