puissance electrique et energie electrique

PUISSANCE ELECTRIQUE ET ENERGIE ELECTRIQUE

I/ Puissance électrique Un résistor est caractérisé par la valeur R de sa résistance et aussi la puissance nominale qu’elle peut dissiper. La puissance électrique reçue par un dipôle est donnée par : P= U.I avec U=R.I

P=U.I = R.I2

d’après la loi d’Ohm, ainsi avec

P en Watt , U en Volt , I en Ampère , R en Ω

Cette puissance est dissipée sous forme de chaleur. C’est l’effet Joule. Si on demande à une résistance de dissiper une puissance trop importante, elle peut : - Soit être détruite, - Soit changer fortement de valeur sans modification de son aspect extérieur. Dans la pratique, il convient de ne pas dépasser la puissance nominale. Exemple 1 : Peut-on sans danger appliquer une tension de 6V à une résistance marquée (18Ω ; 1W) ? Réponse : U= 6V ; calculons l’intensité de courant qui peut traverser la résistance : D’après la loi d’Ohm : U=R.I

, d’où I= U/R

; I = 6V/18Ω= 0,33A

La puissance dissipée et reçue est donc : P = U.I = 6V. 6V/18Ω =2Watt P= 2Watt>1Watt = puissance nominale ⇒ on ne doit pas appliquer 6V à ce composant. Exemple 2 : La puissance absorbée par un appareil dépend de l’effort qui est exercé sur cet appareil. Une perceuse à courant continu, pour modélisme, est alimentée sous une tension de 18V. Mesurons l’intensité I du courant qui la traverse : a)Lorsque la perceuse tourne à vide : I= 0,25A b) Lorsqu’ on perce un morceau de bois, l’intensité augmente et peut atteindre 1,1A suivant l’épaisseur. Calculons la puissance absorbée par la perceuse dans les deux cas : - Si I=0,25A - Si I=1,1A

;P= U.I =18*0,25 =4,5Watt ; P= U.I = 18*1,1= 19,8Watt

On remarque que la puissance absorbée dépend de l’effort qui est exercé sur la mèche.

Exemple 3 : Puissance consommée par un appareil soumis à différentes tensions ; indications sur la lampe ( 6V – 3W) . Tension U en Volt 1,7 2,6 4,0 5,8 6,1 7,6 9,2

Intensité de courant I en Ampère 0,25 0,32 0,41 0,50 0,51 0,58 0,64

Puissance dissipée P=U.I en Watt 0,425 0,832 1,640 2,900 3,111 4,408 5,888

Circuit :

Interprétation : - La puissance et l’intensité augmentent lorsque la tension croît ; - La lampe brille normalement pour une tension voisine de la tension nominale, la puissance dissipée est alors proche de la puissance nominale ; - Pour une tension inférieure, elle brille moins, la puissance consommée est alors inférieure à la puissance nominale ; - Pour une tension supérieure, elle brille d’un éclat très vif, elle consomme une puissance supérieure à sa puissance nominale. La lampe est alors rapidement détériorée, on dit qu’elle est grillée. Conclusion : Les valeurs nominales sont des valeurs utilisées pour le bon fonctionnement de l’appareil.

II/ Energie électrique

1-De quoi dépend l’énergie électrique ? L’énergie électrique consommée par un appareil dépend de sa durée de fonctionnement et de sa puissance.

Pour économiser l’énergie électrique, il est conseillé de :

- Limiter la durée de fonctionnement des appareils. Exemple : Une lampe fonctionnant pendant 2heures consomme deux fois plus d’énergie électrique qu’en 1heure. L’énergie consommée est proportionnelle au temps.

- Limiter la puissance des appareils Exemple : La puissance des premiers téléviseurs était de 600W environ, actuellement, elle est de 100W.L’énergie consommée est divisée par 6 à durée de fonctionnement égale. L’énergie consommée est proportionnelle à la puissance Conclusion : Nous admettrons que l’énergie électrique E consommée par un appareil est égale au produit de sa puissance électrique P par la durée t de passage du courant dans l’appareil.

E= P.t U en Volt ; I en Ampère

or

P= U.I

=>

E = U.I.t

; t en seconde et E en J

Exemple d’application : Calculons l’énergie consommée par un four de cuisinière électrique, de puissance 3.5 kW, fonctionnant pendant 1h 30min. Réponse : L’énergie électrique E consommée par la four : E= P.t E = 3,5kW =3500W =18900kJ

; t =1h30min = 5400s =>

E= 3500*5400= 18900000J

L’unité Joule est très petite, c’est pourquoi on utilise parfois d’autres unités : le Wh et

le kWh. 1Wh =1Watt.1h = 1Watt. 3600s =3600J et 1kWh = 10-3 Wh D’où

E = 5250Wh =5,25kWh

2-Energie électrique consommée dans une installation Le compteur électrique mesure l’énergie électrique totale consommée dans une installation. Le montant de la facture d’électricité dépend de la consommation enregistrée par le compteur. Le compteur électrique est traversé par la totalité du courant qui alimente l’installation ; il donne directement la consommation en kilowatt-heures (kWh). Application :

Le locataire d’un studio n’ayant pas de compteur individuel veut évaluer sa consommation moyenne mensuelle. Pour cela, il relève la puissance des appareils et leur durée d’utilisation moyenne pour un jour. Calculer l’énergie consommée en moyenne pour un mois de 30jours, ainsi que le prix de l’électricité en un mois de 30jours si 1kWh coûte 360ariary. Appareils Lampes Téléviseur Réfrigérateur Radiateur Réponses : Energie :

Puissances des appareils 360W 100W 300W 2kW

Durée d’utilisation 6h 3h 30min 480min 5h 30min

E = P.t

L’énergie consommée en une journée par chaque appareil est : - Lampes : 360*6 =2160Wh - Téléviseur : 100*3.5 =350Wh - Réfrigérateur : 300*8 =2400Wh - Radiateur :

2000*5.5 = 11000Wh

Consommation journalière totale : 15910Wh Consommation mensuelle moyenne : 15910 * 30 = 477300Wh =477,3kWh Coût de l’électricité en un mois de 30jours : 477,3*360 =171,828 ariary Conclusion : L’énergie consommée dans une installation est égale à la somme des énergies consommées par chaque appareil .Elle est mesurée par le compteur électrique en kWh.