Chapitre n°2 : Puissance électrique, énergie électrique et effet Joule








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date de publication07.06.2017
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Chapitre n°2 : Puissance électrique, énergie électrique

et effet Joule



Objectifs : être capable de :

_ définir la notion d’effet joule;

_ calculer la puissance électrique reçue par un appareil électrique et la puissance électrique perdue par effet joule ;

_ calculer l’énergie électrique consommée par un appareil électrique.

I _ L’effet joule
1°) Définition
On appelle effet joule la transformation de l’énergie électrique en chaleur ou en chaleur et lumière.
Exemples :

_ Les récepteurs purement thermiques (résistors) transforment intégralement l’énergie électrique reçue en chaleur.

_ Les lampes transforment l’énergie électrique reçue en chaleur et en lumière.
_ Les moteurs transforment la plus grande partie de l’énergie électrique reçue en travail, le reste est perdu sous forme de chaleur.
Remarque : Tout appareil électrique traversé par un courant électrique produit un dégagement de chaleur : c’est le phénomène d’effet joule.
2°) Avantage
Selon les cas, l’effet joule est un intérêt ou un inconvénient. Ainsi, il est un avantage dans les appareils chauffants tels que les radiateurs, les fours électriques. Dans chacun de ces exemples, toute l’énergie électrique reçue est transformée en chaleur.
3 °) Inconvénient
Toutefois il est l’une des principales causes de pertes, limitant l’efficacité de certains appareils et risquant de les détériorer. Ainsi, pour E.D.F, les pertes lors du transport de l'électricité ne sont pas négligeables.

II _ Puissance électrique P
1°) Puissance nominale- Tension nominale
Lorsqu’on achète un appareil électrique, le constructeur indique toujours deux choses sur cet appareil :

_ la tension nominale ( ou tension efficace ) : Ueff

_ la puissance nominale Pn : c’est la puissance électrique consommée par l’appareil lors d’un fonctionnement normal. Elle s’exprime en Watt de symbole W.
L’unité de la puissance électrique est : Le WATT de symbole W
Remarque : Si on dépasse les conditions normales de fonctionnement, la durée de vie d’un appareil électrique diminue.
2°) Puissance électrique reçue Pe

La puissance électrique Pe reçue par un appareil électrique est égale au produit de la tension électrique U entre ses bornes et de l’intensité I du courant électrique qui le traverse.

Pe = U x I

( W ) ( V ) ( A )
Remarques :

En mode alternatif, il existe deux types de puissance électrique:

_ la puissance apparente S qui correspond à ce que l’appareil devrait théoriquement recevoir : S = U x I

_ la puissance réelle Pe qui correspond à ce que l’appareil reçoit. Elle tient compte des pertes. P = S x k où k est un nombre compris entre 0 et 1

3°) Puissance reçue par une installation
Lorsque plusieurs appareils fonctionnent en même temps, l’installation consomme une puissance électrique égale à la somme des puissances consommées par chaque appareil.

Si on fait fonctionner simultanément une machine à laver de puissance 6 kW, un four électrique de 3 kW et cinq lampes de 40 W, la puissance totale consommée par la maison sera de 6 + 3 + 5 x 40 = 9,2 kW
La puissance consommée (ou reçue) par une installation est égale à la somme des puissances consommées (ou reçues) par les appareils fonctionnant en même temps.
4°) Puissance dissipée par effet joule
Lorsqu’un corps est traversé par une courant électrique, il résiste au passage des électrons et se met à chauffer. De ce fait une partie de l’électricité reçue est perdue involontairement.

Toute matière possède une résistance qui sera la cause de ces pertes.

Si elle reçoit du courant, elle aura une tension et donc une puissance.
Soient Pr la puissance de la résistance

Ur sa tension, r sa résistance et I l’intensité du courant qui la traverse.
Pr = Ur x I . Or, comme tout conducteur ohmique, elle vérifie la loi d’ohm.

Donc

Ur = r x I => Pr = ( r x I ) x I = r x I2
Puissance dissipée par effet joule : Pj = R x I 2
La puissance perdue ou dissipée par effet joule est proportionnelle à la résistance et au carré de l’intensité du courant. Ainsi, si l’intensité du courant double, la puissance perdue par effet joule quadruple.

III _ Energie électrique


1 °) Définition
L’énergie électrique E consommée par un appareil de puissance constante Pe est égale au produit de sa puissance par la durée de fonctionnement.

E = Pe x Δ t

( J ) ( W ) ( s )
L’unité légale de l’énergie électrique est le JOULE ( J ) : 1 J = 1 W x 1 s
L’unité pratique utilisée par E.D.F est le watt-heure ( Wh ) : 1 Wh = 3600 J ; 1 kWh = 1000 Wh
Remarque :

Comme pour la puissance, il existe :

_ une énergie électrique reçue ;

_ une énergie électrique dissipée par effet joule .

De plus, l’énergie électrique consommée par une installation est égale à la somme des énergies électriques consommées par tous les appareils foctionnant en même temps.

2 °) Le compteur électrique
L’énergie électrique consommée par une habitation se mesure grâce à un compteur plombé qui comprend deux parties : un afficheur numérique et un disque tournant.

A chaque tour effectué par le disque correspond une certaine quantité d’énergie électrique consommée (par exemple 4 Wh). L’afficheur numérique globalise l’énergie totale consommée en kWh.
Remarque : Le compteur électrique est une propriété privée d’E.D.F. Il est interdit de le déplomber sous peine de sanctions

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