Puissance et énergie

Puissance et énergie 

  Notion de puissance électrique

Lorsqu'on fait fonctionner diverses lampes à incandescence normalement, c'est-à-dire sous leur 

tension nominale, on s'aperçoit que certaines éclairent mieux que d'autres.
Une lampe de projecteur de diapositives (24V) éclaire plus que la lampe d'un lustre dont la tension 
est 230V. La grandeur en relation avec l'éclairement de ces lampes, ce n'est ni la tension, ni l'intensité 
mais la puissance électrique. Cette puissance s'exprime en watt (symbole W). 
La puissance électrique est fournie par le générateur et elle est consommée par le récepteur.
La puissance nominale d'un récepteur est la puissance consommée par l'appareil en fonctionnement 
normal. Elle est en général indiquée par le fabricant.

Puissance	Appareils
1mW = 10-3W	montre - DEL laser
	calculatrices
1W	lampe de poche
	tube fluorescent
	lampe à incandescence
1kW (kilowatt) = 103W	appareil électroménager
	installation électrique domestique
1MW (mégawatt) = 106W	moteur de TGV
1GW (gigawatt) = 109W	centrale électrique
1TW (térawatt) = 1012W
1PW (petawatt) = 1015W	futur laser "petawatt" du CEA

  Relation entre puissance, tension et intensité

Puissance en courant continu
Branchons l'appareil étudié (lampe 12V - 21W) aux bornes d'un générateur  et réglons la tension 

à la valeur nominale U= 12V. Mesurons l'intensité I qui traverse la lampe.

On constate que le produit U x I = 12V x 1,5 A = 21 x V x A
La puissance P consommée par un appareil en courant continu est égale au produit 
de la tension U à ses bornes par l'intensité I du courant qui le traverse.

P = UI

P: puissance en watt
U: tension en volt
I: intensité en ampère

Puissance en courant alternatif Si on remplace dans l'expérience précédente le générateur de tension continue par une générateur de tension alternative, on obtient les mêmes résultats. Remarque: U et I représentent les valeurs efficaces de la tension et de l'intensité.

Mais si on effectue l'expérience avec un moteur à la place de la lampe, on s'aperçoit que le produit UI ne représente plus la puissance du moteur. La présence de bobines dans le moteur entraîne un déphasage (décalage)  entre la tension et l'intensité: L'intensité n'est pas maximale en même temps que la tension.  Ce déphasage se mesure par un angle (f). Il intervient dans le calcul de la puissance: P = UI cos(f)

En définitive, la relation P = UI peut être utilisée en alternatif pour les appareils de chauffage et d'éclairage qui n'entraînent aucun déphasage mais elle est fausse pour les moteurs (P< UI)   Mesure de la puissance En tension continue, on peut calculer la puissance à partir de la tension et de l'intensité. On n'a pas besoin d'un appareil pour mesurer la puissance. En alternatif, lorsque la relation P= UI n'est plus applicable, un appareil de mesure s'impose. Il s'agit du wattmètre   Énergie   Notion d'énergie Définition: Un système possède de l'énergie s'il est capable de fournir du travail mécanique ou son équivalent... Un moteur électrique exerce des forces qui peuvent déplacer des objets: Il fournit du travail mécanique donc il possède de l'énergie. Cette énergie provient du générateur qui fait circuler le courant c'est-à-dire qui met en mouvement les charges électriques par sa force électromotrice.Le générateur possède donc de l'énergie que l'on qualifie d'électrique. Le moteur reçoit cette énergie électrique et la transforme en énergie mécanique.   Transformation de l'énergie Un récepteur est un appareil qui transforme l'énergie électrique en une autre forme d'énergie Énergie consommée Récepteur  Énergie utile fournie Énergie électrique  Radiateur électrique  thermique (chaleur)  Lampe électrique  rayonnante (lumière)  Moteur électrique  mécanique (travail)  Accumulateur en charge  chimique  Transformateur  électrique Un générateur est un appareil qui transforme en énergie électrique une autre forme d'énergie Énergie consommée Générateur Énergie utile fournie  mécanique (travail)  Dynamo, alternateur Énergie électrique  chimique  Pile, accumulateur  rayonnante (lumière)  Photopile  thermique (chaleur)  Thermocouple  électrique  Transformateur   Conservation de l'énergie. Rendement L'énergie ne se perd pas au cours d'une transformation. Elle se conserve. Un radiateur électrique transforme la totalité de l'énergie électrique qu'il reçoit en chaleur. Un moteur électrique ne transforme pas la totalité de l'énergie qu'il consomme en énergie mécanique. Il produit également de la chaleur. L'énergie électrique consommée est égale à la somme de l'énergie mécanique et de l'énergie thermique fournie. Le rendement énergétique est égal au rapport de l'énergie utile fournie et de l'énergie totale consommée.   Énergie électrique   Puissance et énergie Un appareil puissant fournit beaucoup d'énergie en peu de temps. La puissance consommée par un appareil est l'énergie qu'il consomme pendant l'unité de temps. L'énergie électrique consommée par un appareil est égale au produit de sa puissance P consommée par la durée t de son fonctionnement   Unités d'énergie Unité légale d'énergie (système international) P est exprimée en watt (W)                                                            E est exprimée en joule (J) t est exprimée en seconde (s) Unité usuelle d'énergie électrique P est exprimée en watt (W)                                                            E est exprimée en watt-heure (Wh) t est exprimée en heure (h) 1 Wh = 3600 J   Mesure de l'énergie  L'énergie consommée par une installation domestique est mesurée par un compteur d'énergie