Puissance et énergie électriques

Puissance et énergie

I. Puissance P

 

La puissance est l’énergie qui est fournie ou consommée en une seconde. On a la relation suivante entre puissance, énergie et durée d’utilisation ou de consommation, ou durée pendant laquelle on fournit cette énergie. La puissance est notée $P,$ l’énergie est notée $E$ et la durée est notée $∆t$ ou $t$ selon les énoncés. Il faut savoir utiliser les deux notations.

La relation est la suivante : $P = dfrac{E}{∆t} = dfrac{E}{t}$.

La puissance s’exprime en watts de symbole $W.$ L’énergie s’exprime en joules de symbole $J$ et la durée soit être exprimée en secondes (s). Attention ! ll faut connaître les conversions minutes-secondes et heures-minutes. Pour rappel, une 1 heure vaut 60 minutes et 1 minute vaut 60 secondes.

 

II. Puissance nominale

 

La puissance nominale d’un appareil électrique est la puissance électrique consommée par cet appareil lorsqu’il est en fonctionnement normal. C’est-à-dire, lorsqu’il est soumis à sa tension nominale. La tension nominale et la puissance nominale d’un appareil électrique sont indiquées sur l’appareil électrique.

 

III. Energie électrique consommée

 

D’après la formule précédente, on a la relation suivante : $E = Ptimes ∆t = Ptimes t$.

La puissance s’exprime en watts, la durée s’exprime en secondes et l’énergie s’exprime en joules. Si la puissance est en watts et la durée en heure, ce qui est souvent le cas lorsqu’on utilise un appareil électrique, l’énergie sera cette fois-ci en $Wh$ (attention, ce ne sont pas des $W/h$ mais des $Wh$ !). On a une conversion pour passer des $Wh$ aux joules : $1Wh = 3600 J.$ Il ne faut pas connaître cette conversion par cœur, elle sera donnée, par contre il faut savoir faire les conversions des $Wh$ en joules et inversement.

 

IV. Exemple

 

On a une lampe qui fonctionne avec une tension nominale de $230 V$ et sa puissance est de $20 W$ et on l’utilise pendant 2 h. Quelle est l’énergie électrique consommée en $Wh$ et en joules ?

$E = P times ∆t = 20 times 2 = 40 Wh$.

Pour convertir les $Wh$ en joules, on doit multiplier par $3600.$ On prend le résultat précédent : $40 Wh,$ et on le multiplie par $3600.$ $E = 40 times 3600 = 144000 J$.

Puissance, intensité et tension

Puissance, intensité et tension

 

On va voir la relation entre puissance électrique, intensité électrique et courant électrique.

 

I. Rappels

 

 

unité

 

mesure

P

watt

W

 

U

volt

V

voltmètre ; en dérivation

I

ampère

A

ampèremètre ; en série

 

On rappelle la notation de chaque grandeur, l’unité et le moyen de mesurer la tension électrique et l’intensité du courant électrique. La puissance électrique se note $P,$ son unité est le watt de symbole W. La tension électrique se note $U,$ son unité est le volt de symbole V et elle se mesure avec un voltmètre, qui a pour symbole un rond avec un V à l’intérieur. Il se place en dérivation. L’intensité du courant électrique se note $I,$ s’exprime en ampère de symbole A et se mesure avec un ampèremètre, de symbole A dans un cercle, qui est lui en série.

 

 

Si on veut obtenir la relation entre la puissance électrique, la tension aux bornes d’un dipôle et l’intensité du courant qui circule à travers le dipôle, on fait un circuit comme ci-contre. On étudie une lampe. On met l’ampèremètre en série pour mesurer $I$ (l’intensité du courant qui parcoure la lampe) et en dérivation le voltmètre pour mesurer $U$ qui est la tension aux bornes de la lampe.

 

II. Relation entre P, U et I

 

On a $P = Utimes I$. Elle est à connaître.

$P $ s’exprime en $W$ ; $U$ en $V$ ; $I$ en $A.$

 

III. Exemples

 

Exemple 1

$U = 6 V$ ; $I = 0,3 A.$ Que vaut $P$ ?

Il suffit d’utiliser la formule $P = Utimes I$ et de les remplacer par leur valeur. $P = 6times 0,3 = 1,8 W$.

 

Exemple 2

$P = 0,6 W ; U = 6 V,$ que vaut $I$ ?

Si $P = Utimes I$, on veut isoler $I.$ On divise de chaque côté par $U$ : $dfrac{P}{U} = dfrac{Utimes I}{U}$.

On simplifie par $U$ et on a la relation : $I = dfrac{P}{U} = dfrac{0,6}{6} = 0,1 A$.

Production d'énergie électrique

L’énergie électrique est une forme d’énergie utilisée très couramment, car elle peut se convertir très facilement en d’autres formes d’énergie, comme l’énergie lumineuse, thermique, etc. Seulement, l’énergie électrique, il faut la produire. Voyons comment produire cette énergie.

 

I. Sources d’énergie

 

On utilise différentes sources d’énergie : les source d’énergies renouvelables et les sources d’énergies non renouvelables. On parle de source d’énergie renouvelable lorsqu’elle se recrée très rapidement ou instantanément après son utilisation. Par exemple, comme énergie renouvelable, on peut citer le Soleil, le vent ou encore la biomasse. Au contraire, une énergie non renouvelable est une énergie qui met beaucoup de temps à se renouveler. On peut citer, par exemple, le gaz naturel, le pétrole, le charbon et l’uranium, qui sont les sources d’énergie les plus utilisées actuellement pour produire de l’énergie électrique.

 

II. Centrales

 

On produit ensuite l’énergie électrique dans une centrale. Dans quasiment toutes les centrales, il y a un alternateur. L’alternateur est un objet qui convertit l’énergie cinétique en énergie électrique. On représente la conversion comme ci-dessous.

 

Il faut maintenant obtenir de l’énergie cinétique. Dans les centrales thermiques, on obtient de l’énergie cinétique par conversion d’énergie thermique en énergie cinétique dans une turbine. Cette énergie cinétique sera ensuite transmise à l’alternateur qui la convertit en énergie électrique.

 

Pour obtenir l’énergie thermique, on utilise soit l’énergie chimique des combustions, soit l’énergie nucléaire de la fission de l’uranium, par exemple. Dans les centrales hydrauliques et dans les centrales éoliennes, on utilise dans le premier cas, l’énergie cinétique de la chute de l’eau, et dans le second cas, l’énergie cinétique du vent pour faire fonctionner l’alternateur et obtenir de l’énergie électrique.

Enfin, le dernier type de production d’électricité qu’on peut trouver vient des panneaux solaires. Les panneaux solaires n’ont pas d’alternateur car ils convertissent directement l’énergie lumineuse du Soleil en énergie électrique :