Chapitre 14 : Energie et puissance électrique

Texte intégral

(1)www.plusdebonnesnotes.com – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique Thème 3 : l’énergie, conversions et transferts. M. SIVASUTHASARMA 29 février 2020.

(2) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma – Première générale spé physique. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique Thème 3 : l’énergie, conversions et transferts A. Courant électrique 1. Courant électrique et porteurs de charges Un courant électrique est déplacement d’ensemble, ordonné, de particules chargées. Il est différent du mouvement aléatoire que les particules chargées peuvent avoir dans leur environnement en l’absence de générateur. Les porteurs de charge électrique sont les particules responsables du déplacement de la charge électrique et dépendent du milieu considéré. -. a- soir. e-. .. i÷÷Ï×. honore. #. ¥. 0. ⑧. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. Par convention, le sens du courant est celui du déplacement des porteurs de charges positives.. 1. 2. Intensité du courant électrique L’intensité du courant électrique est un débit de charges électriques à travers la section 𝑆 d’un conducteur. ". périmé. ±¥. ". pal. n¥xv "". .. * eau. 𝐼=. |𝑄 | Δ𝑡. →. →. "s. ←. '. débit 141 :. 0. ..

(3) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma 𝐼 : intensité du courant électrique en ampère (𝐴) avec 1 𝐴 = 1 𝐶. 𝑠 −1 |𝑄| : valeur absolue de la charge électrique 𝑄 en coulombs (𝐶) traversant la section 𝑆 du conducteur Δ𝑡. Δ𝑡 durée secondes (𝑠) En régime continu, l’intensité du courant électrique ne varie pas au cours du temps.. B. Sources réelles de tension continue. JE. 1. Définition d’une source de tension continue Une source de tension continue est un générateur qui impose le sens de circulation des porteurs de charge électrique dans le circuit. Elle est responsable du déplacement d’ensemble, ordonné des porteurs de charge électrique. Une source de tension continue est caractérisée par sa tension vide, notée 𝐸. C’est la tension qu’on mesure à ses bornes lorsqu’elle ne débite pas de courant.. 2. C aractéristique tension -courant d’une source de tension continue a. Sources idéales de tension continue Une source idéale de tension continue délivre une tension constante 𝑈𝑃𝑁 = 𝐸 quelle que soit l’intensité du courant qui la parcourt jusqu’à une valeur maximale de l’intensité à ne pas dépasser.. 𝐸 est la tension à vide de la source idéale de tension.. b. Sources réelles de tension continue. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. Par convention, le courant électrique circule dans le circuit de la borne positive ers la borne négative du générateur à l’extérieur de ce dernier. Dans un conducteur métallique : les électrons libres circulent de la borne négative vers la borne positive du générateur, c’est-à-dire dans le sens inverse du sens conventionnel du courant. Dans une solution électrolytique : les cations chargées positivement circulent dans le sens conventionnel du courant et les anions, chargés négativement, circulent dans le sens inverse du sens conventionnel.. 2.

(4) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma – Première générale spé physique La caractéristique tension courant d’une source réelle de tension continue, comme par exemple une pile, est la courbe représentative de 𝑈𝑃𝑁 en fonction de 𝐼 : c’est une droite de coefficient directeur négatif.. E-. rxi. .. flik E- rxi. -. ± :. 10. La tension à vide, pour 𝐼 = 0 𝐴, de la source réelle de tension continue est : 𝑈𝑃𝑁 (0) = 𝐸. -. 6. x. Vahesssm. .. 3. Modél isation d’une source réelle de tension continue. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. Une source réelle de tension continue peut être modélisée par l’association en série d’une source idéale de tension continue et d’une résistance 𝑟 appelée résistance interne de la source réelle de tension continue.. 3. IËÏ. u.am. .. La loi d’ohm aux bornes de la résistance 𝑟 s’écrit : 𝑈𝑟 = 𝑟 × 𝐼, d’où : 𝑈𝑃𝑁 = 𝑈𝑃𝑁′ + 𝑈𝑁′ 𝑁 = 𝐸 − 𝑈𝑁𝑁′ = 𝐸 − 𝑈𝑟 = 𝐸 − 𝑟 × 𝐼 𝑈𝑃𝑁 est la tension en volts 𝐸 est la tension à vide en volts 𝑟 résistance interne en ohms Ω 𝐼 est l’intensité du courant en ampères. 2-A. C. Bilan de puissance dans un circ uit. =. =. 1. Puissance électrique. UAB. XZB. .. .. VA VB. ZB Za -. =. xD. Za ZB -. UBA. -. .. Une puissance électrique est un débit d’énergie, c’est-à-dire une quantité d’énergie fournie par un système à un autre par unité de temps. Elle se calcule à chaque instant et est notée 𝑃 :. ..

(5) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma. tantale. E- PT. 𝑃= 0. .. 𝑃 est la puissance en watts 𝑊 𝜖 est l’énergie en 𝐽 Δ𝑡 est la durée en secondes 𝑠. ϵ Δ𝑡. F- E-. Ë. .. F-. p. >. ⇐. 1M$. .. 3000W =. Dti. $. .. 30005/1 900%. La puissance électrique mise en jeu dans des dispositifs usuels peut prendre des ordres de grandeurs très variés.. a. Puissance consommée par un dipôle récepteur Un dipôle a un caractère récepteur s’il reçoit de l’énergie électrique et la consomme en la convertissant en une autre forme d’énergie. La puissance électrique consommée par un dipôle récepteur est : 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒 = 𝑈𝐴𝐵 × 𝐼. b. Puissance utile fournie par un générateur Un dipôle a un caractère générateur s’il fournit de l’énergie électrique au reste du circuit. La puissance électrique utile fournie par un générateur est : 𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 = 𝑈𝑃𝑁 × 𝐼. 2. Bilan de puissance dans un circuit. 𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 = 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑙𝑒𝑠 𝑟é𝑐𝑒𝑝𝑡𝑒𝑢𝑟𝑠 = 𝑈𝑃𝑁 × 𝐼 -. En modélisant le générateur par une source réelle de tension continue, on démontre : 𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 = 𝑈𝑃𝑁 × 𝐼 = (𝐸 − 𝑟 × 𝐼) × 𝐼 = 𝐸 × 𝐼 − 𝑟 × 𝐼2 = 𝐸 × 𝐼 − 𝑃𝐽 Le terme 𝐸 × 𝐼 représente la puissance chimique produite par les réactifs de la pile. Une partie de cette puissance (𝑃𝐽 ) est consommée et dissipée du fait de la présence de la résistance interne. La différence 𝑈𝑃𝑁 × 𝐼 représente la puissance électrique utile fournie au reste du circuit. Ainsi, une source idéale de tension fournit l’intégralité de son énergie au reste du circuit alors qu’une source réelle en consomme une partie.. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. Dans un circuit électrique, la puissance utile fournie par le générateur est égale à la puissance consommée par les récepteurs : -. .. 4. ..

(6) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma – Première générale spé physique. D. Rendement convertisseur 1. P rincipe d’un convertisseur Contrairement à ce qui est dit dans le langage courant, l’énergie ne peut pas être produite : elle est transformée. Un convertisseur d’énergie est un dispositif qui convertit une forme d’énergie dite énergie entrante, en une autre forme d’énergie dite sortante. L’énergie sortante est l’énergie utile à la réalisation d’un service (comme s’éclairer, se chauffer, se déplacer etc.) La puissance d’un convertisseur d’énergie caractérise sa capacité à transformer l’énergie plus ou moins vite.. 2.. C as des dipôles ohm iques : effet joule. Un conducteur ohmique convertit l’intégralité de l’énergie qu’il reçoit sous forme électrique en énergie thermique : c’est ce que l’on appelle l’éffet Joule. Aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance 𝑅, la puissance consomée vaut : 𝑃𝐽 = 𝑈𝐴𝐵 × 𝐼 = 𝑅 × 𝐼 × 𝐼 = 𝑅 × 𝐼². Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. Un conducteur ohmique s’échauffe lorsqu’il est traversé par un courant électrique : plus sa résistance est élevée, plus sa température augmente.. 5. 3. Rend ement d’un convertisseur Le rendement 𝜂 d’un convertisseur est le rapport entre la puissance utile pour réaliser un service et la puissance consommée, c’est-à-dire : 𝜂=. 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 ≤1 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒. Le rendement, sans unité, s’exprime généralement en %. Une partie de la puissance consommée est perdue ; elle est souvent dissipée sous forme de puissance thermique..

(7) Protectorat Saint-Joseph – Aulnay Sous-Bois – M. Sivasuthasarma. / \. "". .. .. -. ✓. ÷. -. -. ) ) P. =. EE. f.. UI. -. Chapitre 14 : Energie et puissance électrique | 29/02/2020. %. Fou. 6.

(8) Première. 14103/2021. générale. :. Puissance d'. énergie électrique. .. Pfumin ^. %¥. #. 3). D. 4). 4. ÎË Ë. t.la/etI--. f-. 1¥. Ade. e- ne. .. |. pph. §}→. ..

(9)