Électricité : Transfert d’énergie électrique

Prérequis

Avant d’aborder ce chapitre, il est important de maîtriser les notions suivantes :

Notion de tension électrique (U) et d’intensité du courant électrique (I)

Loi d’Ohm (U = R.I)

Connaître les unités du système international (Volt, Ampère, Ohm, Seconde, Joule)

Ce cours se situe généralement après l’introduction aux circuits électriques et avant l’étude des dipôles passifs et actifs en Première Générale.

1. Transfert d’énergie électrique

1.1. Puissance électrique

La puissance électrique est la quantité d’énergie électrique transférée par unité de temps. Elle caractérise la rapidité avec laquelle l’énergie électrique est convertie en une autre forme d’énergie (chaleur, lumière, énergie mécanique, etc.) ou transférée. Son unité est le Watt (W).

Formule générale : La puissance électrique P (en W) reçue ou fournie par un dipôle est donnée par la relation :

P = U . I

où U est la tension (en V) aux bornes du dipôle et I est l’intensité du courant (en A) qui le traverse.

Exemple : Une lampe alimentée sous une tension de 230 V est traversée par un courant de 0,2 A. La puissance électrique consommée par la lampe est P = 230 V * 0,2 A = 46 W.

Question : Comment interprétez-vous une puissance électrique plus élevée en termes de transfert d’énergie ?

1.2. Convention générateur et convention récepteur

Il est crucial de définir un signe pour la puissance. Pour cela, on utilise les conventions suivantes :

Convention récepteur : Un dipôle est en convention récepteur si le courant entre par la borne où la tension est positive. Dans ce cas, la puissance électrique est considérée comme positive (P > 0). Le dipôle reçoit de l’énergie électrique et la convertit en une autre forme d’énergie. Exemple : une résistance, une lampe, un moteur.

Dans ce cas, la flèche représentant le courant et la flèche représentant la tension sont de sens opposés.

Convention générateur : Un dipôle est en convention générateur si le courant sort par la borne où la tension est positive. Dans ce cas, la puissance électrique est considérée comme négative (P < 0). Le dipôle fournit de l’énergie électrique au circuit. Exemple : une pile, un générateur de tension.

Dans ce cas, la flèche représentant le courant et la flèche représentant la tension sont de même sens.

Important : Le choix de la convention est essentiel pour déterminer si un dipôle consomme (récepteur) ou fournit (générateur) de l’énergie électrique.

Question : Pourquoi est-il important de respecter les conventions lors de l’analyse d’un circuit électrique ?

1.3. Energie électrique

L’énergie électrique est la capacité d’un système à effectuer un travail grâce au mouvement des charges électriques. Elle est le produit de la puissance électrique par le temps pendant lequel cette puissance est utilisée. Son unité est le Joule (J), mais on utilise souvent le wattheure (Wh) ou le kilowattheure (kWh).

Formule générale : L’énergie électrique E (en J) transférée pendant une durée Δt (en s) par un dipôle de puissance P (en W) est donnée par la relation :

E = P . Δt

Si la puissance n’est pas constante au cours du temps, on utilisera l’expression :

E = ∫P(t) dt (intégrale de P(t) par rapport au temps). Ce point ne sera pas étudié au niveau de la première générale.

Conversion : 1 Wh = 3600 J et 1 kWh = 3,6 x 10^6 J

Exemple : Une télévision de puissance 100 W fonctionne pendant 2 heures. L’énergie électrique consommée est E = 100 W * 2 h = 200 Wh = 0,2 kWh.

Question : Comment réduire sa consommation d’énergie électrique à la maison ?

Résumé

Puissance électrique (P) : Quantité d’énergie électrique transférée par unité de temps. Unité : Watt (W). Formule : P = U . I

Convention récepteur : Le dipôle reçoit de l’énergie électrique (P > 0). Flèches de U et I de sens opposés.

Convention générateur : Le dipôle fournit de l’énergie électrique (P < 0). Flèches de U et I de même sens.

Energie électrique (E) : Capacité d’un système à effectuer un travail grâce à l’électricité. Unité : Joule (J) ou wattheure (Wh). Formule : E = P . Δt