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Puissance et énergie électriques

Puissance

Pour rappel, une force F est une poussée ou une traction sur une masse m sous l'impulsion d'une accélération a.

Définition de force

F = m a

La force due à la gravité répond à cette définition - la gravité est une accélération - mais d'autres forces existent qui ne sont que le résultat d'une force. La force normale, par exemple, n'est que la réaction d'une surface au poids d'un corps. Si on pousse quelque chose sur une surface rugueuse, on n'accélère pas parce que la force qu'on applique est opposée par la friction. Cette friction dépense l'énergie qu'on a mis à accélérer l'objet.

Le travail W (ou l'énergie dépensée) est le produit de la force F par la distance d. En effet l'énergie est proportionnelle à la force appliquée et à la distance sur laquelle cette force est appliquée.

Définition du travail

W = F d

L'énergie E, donc, n'est que la capacité à fournir du travail. Si on considère est travail donné, elle est négative; si on considère un travail reçu, elle est positive.

Travail et énergie

E = \pm W

Enfin, la puissance P est la quantité d'énergie qui peut être donnée par unité de temps t.

Définition puissance

P = \frac{E}{t}

C'est notre première expression pour la puissance, sa définition fondamentale.

Reprenons maintenant les définitions de la tension U (travail ou énergie potentielle par charge q) et l'intensité i électriques (passage de charge par unité de temps).

Définition potentiel électrique

Définition intensité électrique

i = \frac{q}{t}

U=\frac{W}{q}

Si on fait le produit de ces deux quantités, on remarque que, les charges s'annulant, on obtient des unités d'énergie (ou de travail) par unités de temps.

Dérivation de la puissance électrique

\frac{q}{t}\times \frac{W}{q} = \frac{W}{t}

La puissance électrique est donc le produit de la tension avec l'intensité.

Puissance électrique

P = U i

Energie électrique

Les quantités que nous avons décrites ont chacune leurs propres unités:

Intensité (courant) Potentiel (tension) Puissance Energie
i : ampère A U : volt V P : watt W E : joule J

Pour la puissance et l'électricité, il existe d'autres unités qui sont utilisées pour des raisons historiques, pratiques et techniques.

Par exemple, une autre unité de puissance connue est le cheval-vapeur cv. Utilisé plutôt dans l'automobile, un cheval-vapeur est égal à environ 760 W.

Comme on l'a vu, la puissance est l'énergie délivrée ou dissipée par unité de temps. Donc, l'énergie délivrée ou dissipée est égale au produit de la puissance d'un appareil par son temps d'utilisation.

Définition énergie

E = P t

On trouve donc une unité alternative au joule : le watt-seconde.

Il se trouve qu'en électricité, l'énergie en jeu est assez grande. Mille joules ne correspondent qu'à une très petite quantité d'énergie. Pour des raisons pratiques, on préfère donc utiliser le watt-heure ou le kilowatt-heure. Comme il y a 3600 secondes dans une heure, cela a l'effet de rendre les quantités plus lisibles.

1 W.h = 3600 J 1 kW.h = 3 600 000 J

Ainsi, pour calculer l'énergie dépensée par un appareil ou produite par un générateur, il suffit de multiplier sa puissance par son temps d'utilisation en heures.