A La convention récepteur
Pour un récepteur, si l'intensité du courant I est positive lorsqu'il circule de A vers B, alors la tension UAB est aussi positive.
Il faut donc flécher I et UAB en sens opposés. Inversement, si l'intensité I est négative, alors la tension UAB l'est aussi.
B La convention générateur
Le courant I et la tension ont le même signe pour un générateur comme sur le schéma ci-contre. Si l'intensité délivrée est positive, alors la tension l'est aussi.
C L'énergie électrique Wél
L'énergie électrique Wél reçue ou fournie, dans le cas d'un dipôle AB traversé par une intensité I et soumis à une tension UAB pendant une durée ∆t, est :
Un générateur délivre une énergie Wg qui est la somme des énergies reçues par les dipôles récepteurs du circuit.
EXEMPLE
Un dipôle AB traversé par un courant I = 2,5 mA de A vers B, est soumis à une tension UAB = 12 V. L'énergie électrique reçue par ce dipôle pendant une durée ∆t = 8 minutes est calculée directement avec la formule précédente : Wél = UAB × I × ∆t.
Il faut exprimer les grandeurs intervenant avec la bonne unité :
UAB = 12 V, I = 2,5 mA = 2,5 × 10–3 A et ∆t = 8 minutes = 480 s.
Ainsi, Wél = 12 × 2,5 × 10–3 × 480 = 14 J. Ce dipôle AB a reçu une énergie égale à 14 J du générateur.
D La puissance électrique reçue Pél
La puissance électrique Pél reçue ou délivrée par un dipôle est le rapport :
Cette formule peut s'exprimer aussi autrement, car Wél = UAB × I × ∆t. Si on divise cette expression par ∆t, on trouve alors : Pél = UAB × I.
Cette relation est aussi valable pour les appareils ménagers utilisant la tension du réseau EDF. L'unité d'énergie utilisée par les fournisseurs d'énergie n'est pas le joule mais le kilowatt-heure (kW.h). C'est l'énergie consommée par un appareil ayant une puissance de 1 kilowatt durant 1 heure.
EXEMPLE
Avec l'exemple précédent, le dipôle AB reçoit donc une puissance Pél = 12 × 2,5 ×10–3 = 0,030 W.
La puissance électrique optimale d'utilisation d'un récepteur (appelée aussi « puissance nominale ») est souvent indiquée sur les dipôles. Elle permet d'avoir une idée de la rapidité du transfert d'énergie électrique.
La puissance fournie par le générateur est la somme des puissances consommées par les récepteurs.
EXEMPLE
Un appareil électrique ayant une puissance P = 800 W fonctionne durant 2 heures. Cet appareil va donc consommer une énergie E = P × ∆t, avec P = 800 W et ∆t = 2 heures, donc E = 800 × 2 = 1 600 W.h = 1,6 kW.h.
Si on veut exprimer cette énergie en joule, il suffit de convertir la durée ∆t en seconde (1 h = 3 600 s) et la puissance en watt (1 kW = 1 000 W). Ainsi, 1 kW.h = 1 000 × 3 600 = 3,6 × 106 J.
E Les conducteurs ohmiques
Un conducteur ohmique est un dipôle vérifiant la loi d'Ohm. La tension à ses bornes est proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse.
Un conducteur ohmique est un convertisseur d'énergie, qui transforme toute l'énergie électrique qu'il reçoit en énergie thermique par effet Joule (effet thermique se manifestant dans les conducteurs ohmiques et dans tous ceux comportant une résistance interne).
L'énergie électrique reçue par le conducteur ohmique est Wél = UAB × I × ∆t, or pour ce dipôle UAB = R × I, donc : Wél = R × I2 × ∆t.
La puissance électrique reçue est alors : Pél = R × I2.
Remarque
L'effet Joule a de multiples applications : chauffages électriques, lampes à incandescence, fusibles, etc., mais aussi des effets gênants comme l'échauffement des circuits, les pertes d'énergie dans les lignes, la destruction de composants en raison de l'augmentation de la température, etc.