Le transfert d’énergie

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Fiches
Classe(s) : Tle STL | Thème(s) : L’énergie électrique

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.

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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.

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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 :

Image dont le contenu est 	Wél : énergie électrique reçue par le récepteur en joule (J)	UAB : tension électrique aux bornes du récepteur en volt (V)Wél = UAB × I × ∆t	I : intensité du courant traversant le dipôle en ampère (A)	∆t : durée d’utilisation du récepteur en seconde (s); Fin de l'image

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 :

Image dont le contenu est 	Pél : puissance reçue par le récepteur en watt (W)Pél = WélΔt 	Wél : énergie reçue par le récepteur en joule (J)	∆t : durée considérée en seconde (s); Fin de l'image

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.

Image dont le contenu est ; Fin de l'imageImage dont le contenu est 	UAB : tension électrique en volt (V)UAB = R × I	R : résistance du conducteur ohmique en ohm (Ω)	I : intensité du courant traversant le dipôle en ampère (A); Fin de l'image

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.