Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau maths sup
Partager :

Valeur efficace

Posté par
Tyrion
12-08-15 à 21:57

Bonjour,
J'ai un petit probleme métaphysique a vous soumettre sur la notion de la valeur efficace d'une grandeur, par exemple la tension. La definition est très exactement :

"La valeur efficace d'une tension u(t) variable dans le temps, est la tension continue constante qui donnerait le meme echauffement dans une résistance"

Or j'ai beau imaginé la chose de tous les angles et toutes les coutures, je n'arrive pas à voir ce que c'est ! Je comprends bien que la valeur efficace d'une tension variable cest en gros une certaine tension immuable, une constante qui donnerait la meme puissance que la tension variable dans un dipole. Mais je n'arrive pas a imaginer une telle chose !!
Comment une tension continue constante peut donner la meme puissance qu'une tension variable dans le temps ?? Cest inconcevable ! En prenant la valeur moyenne j'aurai limite accepté, P=<p(t)>=<u(t)i(t)>=Pmoy  a fournir pour un dipole mais la valeur efficace ce n'est pas une valeur moyenne !!

Meme la traduction mathématique ne m'aide pas y voir plus clair !

Ueff^2=<u(t)^2>

Graphiquement je vois la chose. Mais energitiquement cest juste impossible a concevoir une valeur constante qui donnerait la meme puissance qu'une valeur variable !
Je voudrais sollicter votre aide ! C'est quoi la valeur efficace  energitiquement parlant ?

Posté par
vanoise
re : Valeur efficace 12-08-15 à 23:55

Bonsoir,
Je ne sais pas si cela t'aidera mais voici tout de même une suggestion : essaye de raisonner sur l'énergie plutôt que la puissance : la valeur efficace d'une tension variable u(t), fonction périodique du temps de période T, est la valeur U d'une tension continue qui, appliquée aux bornes d'un même conducteur ohmique de résistance R, produit, par période, la même énergie par effet Joule.
En régime continu, l'énergie libérée par effet Joule pendant une durée T vaut :
W_{1}=\frac{U^{2}}{R}\cdot T.
En régime variable, la puissance instantanée vaut :
p(t)=\frac{u(t)^{2}}{R} ;
En régime variable, l'énergie libérée par effet Joule pendant une période T vaut :
W_{2}=\int_{0}^{T}p(t)\cdot dt=\int_{0}^{T}\left(\frac{u(t)^{2}}{R}\right)\cdot dt.
Par définition de la valeur efficace :
W1=W2
Après simplification, on arrive bien au résultat classique :
U^{2}=\frac{1}{T}\cdot\int_{0}^{T}u(t)^{2}\cdot dt

Posté par
Tyrion
re : Valeur efficace 13-08-15 à 01:22

Merci pour ta reponse Vanoise.
J'essaie de le voir energitiquement comme tu conseilles mais cela ne m'aide pas beaucoup. Une question me démange cependant. Lorsqu'on travaille sur un systeme (ex:moteur) pourquoi utilise t on la valeur efficace et non la puissance moyenne par exemple pour la puissance ? C'est l'importance de la valeur efficace sur la valeur moyenne qui me gene. Par exemple pour la force électromotrice e(t) on choisit la valeur efficace E et non la valeur moyenne. Pourtant la valeur moyenne meme si ca n'a rien a voir, ca importe, par exemple, pendant 2h de fonctionnement du moteur sur les 6h l'arbre moteur tourne a 17 tr/s puis les 4h restants 34tr/s. La vitesse de l'arbre moteur sur les 6h de fonctionnement sera alors une vitesse moyenne etc... Pourquoi le choix de la valeur efficace ? Est ce juste un moyen de passer du regime variable au continu ?

Posté par
vanoise
re : Valeur efficace 13-08-15 à 10:40

Restons d'abord sur le cas simple des appareils de chauffage électrique (radiateur, fer à repasser...). Si l'appareil est branché sous une tension sinusoïdale de valeur efficace U = 230V, il chauffe exactement comme si il était branché sous une tension continue de 230V. L'appareil branché sous tension sinusoïdale, est aussi "efficace" que s'il était branché sous une tension continue de valeur U. La notion de valeur efficace a été inventée pour comparer l'efficacité d'une tension périodique à l'efficacité d'une tension continue mais attention : la comparaison n'est rigoureuse que pour les appareils électriques équivalent à un conducteur ohmique ; pour les autres, les moteurs par exemple, la situation se complique un peu avec l'influence du facteur de puissance.

Citation :
C'est l'importance de la valeur efficace sur la valeur moyenne qui me gene. Par exemple pour la force électromotrice e(t) on choisit la valeur efficace E et non la valeur moyenne.

Si on continue sur l'exemple d'une tension sinusoïdale, sa valeur moyenne calculée sur une période ou un multiple d'une période est nulle ; cela ne veut pas dire qu'une telle tension est totalement inefficace !

Posté par
J-P
re : Valeur efficace 13-08-15 à 12:49

Il ne faut pas confondre la tension instantanée et la tension efficace.

Supposons une tension périodique dans le temps (que ce soit un sinus, un triangle répétitif ou autre chose).

Si on applique cette tension à une résistance R, il est possible de calculer l'énergie fournie à la résistance sur une période de la tension périodique.
Cela se calcule par \int_0^T \frac{v(t)^2}{R} dt, soit par exemple E cette énergie.

On peut alors calculer la valeur de la tension continue constante qui appliquée à la même résistance R pendant la même durée (donc ici sur T) fournirait à la résistance l'énergie E calculée ci-dessus. Soit U cette tension continue constante.
On aura donc E = U²/R

On dira que la tension périodique ci dessus à U pour valeur efficace.

Cela signifie que pour toutes les durées multiples du temps T (période du signal périodique), la résistance aura reçu la même énergie (et donc aura le même échauffement) que si la résistance avait été soumise (pendant la même durée) à la tension continue constante U calculée comme expliqué avant.
-----
Pour la valeur moyenne d'une tension (ou d'un courant ou ...)

Là, il y a un piège car il y a 2 définitions bien différentes qui coexistent.

Si on prend la moyenne sur une période (comme certains le font), toutes les tensions alternatives (donc périodique mais équilibrée autour de 0) ont une valeur nulle ... et donc n'apportent aucune "indication" intéressante.

Il y a donc une autre "définition" de la tension moyenne qui est aussi utilisée, on fait la moyenne sur une alternance  (et pas sur une période). Cela amène alors des indications intéressantes notamment dans une multitude d'applications avec certains types de moteurs sensibles à cette valeur moyenne.

Et donc plus que méfiance quand on parle de "valeur moyenne" d'une tension (ou d'un courant ou ...).
Beaucoup, comme d'habitude étant persuadés (à tort) qu'il n'existe qu'une seule définition de la valeur moyenne ... et qui est bien entendu celle qu'ils ont apprise.

Posté par
Tyrion
re : Valeur efficace 13-08-15 à 18:16

Effectivement la valeur moyenne d'une tension ne sera pas considéré comme "intéressante" car sur une periode elle est nulle. Donc on privilégie une valeur que la valeur moyenne. Cependant je m'interroge sur le domaine d'application de la valeur efficace. Est ce seulement sur un dipole purement resistif ou bien aussi un systeme plus complexe tel un moteur ? Dans ce dernier cas, sur quelles grandeurs travaille ton la plupart du temps ?
Merci a vous pour votre reponse.

Posté par
vanoise
re : Valeur efficace 13-08-15 à 18:29

J'ai bien précisé dans mon message précédent :

Citation :
Si on continue sur l'exemple d'une tension sinusoïdale, sa valeur moyenne calculée sur une période ou un multiple d'une période est nulle ; cela ne veut pas dire qu'une telle tension est totalement inefficace !
.
Je n'ai jamais écrit qu'il ne fallait pas calculer de valeurs moyennes sur des  intervalles de temps autres !

Posté par
J-P
re : Valeur efficace 15-08-15 à 10:58

Citation :
"Cependant je m'interroge sur le domaine d'application de la valeur efficace."


Cette interrogation ne mène nulle part... Toutes les notions (moyenne, efficace, crète ...) sont utiles.

Toute tension périodique a une valeur moyenne et une valeur efficace.

Le rapport entre ces 2 tensions dépend de la forme de la tension. (sinus, triangle ... avec ou sans composante continue)

Dans le cas particulier de la tension continue constante, les 2 valeurs (moyenne, efficace) sont identiques.

On peut aussi parler de tension instantanée, de tension crète, de tension crète à crètes ...

Toutes ses notions sont utiles.

Pour les cas particuliers des tensions alternatives sinusoïdales (comme celle fournie par les réseaux de distributions électriques), il est d'usage d'utiliser les valeurs efficaces.

Un réseau de 230 V (signifie réseau monophasé de 230 V efficaces)

Un réseau 3 X 400 V (signifie réseau triphasés avec 400 V efficaces entre les lignes)

...

Cela n'empêche pas de calculer, par exemple, que la tension moyenne d'un réseau (alternatif sinusoïdal) 230 V efficaces est de 207 volts moyens (calculé sur une alternance) et une tension crète de 325 Volts et une tension crètes à crètes de 650 volts.

Ces différentes tensions (pour un même réseau) sont utiles en fonction de l'application.

Pour le chauffage par radiateur électrique, la valeur efficace est particulièrement intéressante.

Pour le calcul de l'induction max dans un transfo, la valeur moyenne (et la période) est la mieux adaptée.

Pour la tenue en tension des isolants, la valeur crète est prépondérente (on ne peut pas se fier aux valeurs moyenne ou efficace, penser aux signaux non sinusoïdaux, impulsionnels par exemple)

...




Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2024

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !