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Energie et puissance électrique

Puissance électrique

Un courant électrique i est le mouvement d'électrons dans un conducteur. Ce mouvement est dû à un potentiel électrique U aux bornes d'une sources (pile, batterie, générateur, etc.).

A un niveau fondamental, la force appliquée à un électron pour le faire bouger est due à un champ électrique  E (à ne pas confondre avec l'énergie). Par analogie, on peut considérer le champ électrique comme une pente plus ou moins raide sur laquelle dévalent les électrons. La force ressentie par chaque électron dépend de sa charge q:

Définition champ électrique

F_E = q E

En reprenant la définition du travail et du potentiel électrique, on note qu'on peut combiner les deux formules:

Dérivation travail électrique

W = F \Delta x \\ U = E \Delta x \\ W = q E \Delta x

Définition travail électrique

W = q U

En électrotechnique, on utilise rarement la charge; préférant utiliser l'intensité électrique i (le courant). Comme on l'a dit, le courant est un mouvement d'électrons dans un conducteur: c'est une quantité de charges passant pas un point chaque seconde:

Définition intensité électrique

i = \frac{\Delta q}{\Delta t}

Le potentiel U et l'intensité i sont des quantités faciles à mesurer à l'aide d'un multimètre.

On en vient donc à la définition de puissance: la puissance est l'énergie délivrée ou absorbée par seconde.

Définition puissance

P = \frac{\Delta E}{\Delta t}

Si on prend un changement d'énergie comme étant égal au travail fait sur ou produit par une charge:

Dérivation puissance électrique

P = U \frac{\Delta q}{\Delta t}

Reprenant la définition d'un courant électrique, on obtient la définition de puissance électrique PE délivrée par un générateur électrique ou une batterie:

Définition puissance électrique

P_E = U i

Les unités de puissance électrique dépendent de si la puissance est donnée ou consommée. Nous reviendrons sur ce point car il peut être source de confusion:

  • en watts W s'il s'agit d'une puissance électrique consommée ou dissipée
  • en volts-ampères VA s'il s'agit d'une puissance électrique fournie

Puissance électrique d'une prise

Lisez le paragraphe ci-dessous et saisissez les valeurs manquantes.

Une prise de courant standard peut délivrer jusqu'à 16 A. La tension donnée par le réseau électrique en Europe est de 230 V. La puissance électrique maximale disponible sur une prise est donc de VA.

Cependant, si la prise partage une tranche dans l'armoire électrique avec d'autres prises électriques, cette puissance disponible est divisée entre chaque prise. Si on branche un appareil qui consomme 3 kW (comme la plupart des radiateurs électriques), on ne pourra brancher sur une autre prise qu'un appareil qui ne consomme pas plus que W.

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Puissance consommée

Une résistance R est un dipôle ohmique obéissant la loi d'Ohm qui convertit l'énergie électrique en chaleur.

Définition loi d

U = Ri

On a vu que la puissance électrique était le produit de l'intensité électrique avec la tension. La puissance dissipée par une résistance est égale à la puissance qui lui est fournie. On peut donc trouver une expression pour la puissance dissipée par tout composant résistif d'un circuit (les résistances, mais aussi les lampes, diodes, etc.).

Dérivation puissance dipôle ohmique

P = U i \\ P = R i \times i \\ P = R i^2

Si on connait la tension et non l'intensité:

Puissance fonction de tension

P = U i \\ P = U \times \frac{U}{R}\\ P = \frac{U^2}{R}