Fiche de physique - chimie
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La puissance et l'énergie électrique

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Prérequis
Dans ce chapitre nous ferons appel essentiellement à tes connaissances sur les conversions, et sur l'utilisation des relations.

Enjeu
Il faut être capable, à l'issu de ce chapitre, d'utiliser les relations sur la puissance et l'énergie et savoir transformer en joules et en kWh.

I. Puissance nominale

Tous les appareils électriques comportent au moins deux indications : la tension normale d'utilisation et la puissance consommée en fonctionnement normal.

La puissance nominale notée P d'un appareil électrique est la puissance électrique qu'il reçoit lorsqu'il est soumis à sa tension nominale.

Elle s'exprime en watt (de symbole W).

On utilise aussi les unités dérivées:
le kilowatt (kW): 1kW = 1000 W
le mégawatt (MW): 1 MW = 1 000 000 W
le gigawatt (GW): 1 GW = 1 000 000 000 W

Exemples de puissances nominales :
Calculatrice : 0,1 mW
Lampe basse consommation : 30 W
TV LCD : 150 W
Perceuse : 600 W
Lave-linge : 2,5 kW
Cuisinière électrique : 6,5 kW.

Définition :
La puissance correspond à l'énergie échangée (reçue ou donnée) pendant une seconde.

Signification de la puissance nominale
Plus un dipôle a une puissance nominale élevée plus son action est efficace.
Plus la puissance nominale est élevée:
Plus l'éclat d'une lampe est fort.
Plus l'aspiration d'un aspirateur est forte.
Plus le son produit par des enceintes peut être fort etc.

II. Puissance électrique reçue par un appareil

Propriété
Un dipôle ohmique alimenté sous une tension alternative reçoit une puissance P égale au produit de la tension efficace U entre ses bornes par l'intensité efficace I du courant qui le traverse.

P=U\times I avec P en Watts W
U en volts V
I en ampères A.

III. Puissance des appareils et installation électrique

Effet joule : Lorsque l'intensité du courant augmente dans un conducteur, on observe toujours un échauffement croissant. Cet effet, appelé effet Joule, est souhaité pour des appareils de chauffage, mais il est redouté dans le cas de fils électriques, dont la gaine en plastique peut brûler! On constate par ailleurs que les fils de grande section (« gros » fils) s'échauffent moins que des fils plus fins.

Conclusion :
Dans une installation électrique, les appareils de forte puissance (donc traversés par un courant de forte intensité) doivent être alimentés par l'intermédiaire de « gros » fils.

Exemple : plaques de cuisson, lave-linge,....

Les coupes circuits : dispositifs de protection
Une mauvaise utilisation de l'installation électrique peut entraîner une surintensité.

Il existe deux causes principales de surintensité :
lorsque l'on branche trop d'appareils de grande puissance à une multiprise;
lorsque les deux fils de la ligne, appelés fils de phase et de neutre, entrent en contact accidentel (court-circuit).

Dans les deux cas, il y a risque d'incendie.

Les coupe-circuits (fusibles ou disjoncteurs) protègent l'installation électrique et le matériel en ouvrant le circuit quand l'intensité dépasse la valeur maximale admissible par l'installation.

IV. Energie électrique

Les appareils électriques reçoivent de l'énergie électrique et la convertissent sous différentes formes :
énergie thermique (résistance, lampe,...)
énergie lumineuse (lampe)
énergie de mouvement (moteur)
L'énergie électrique transférée à un appareil dépend de la durée de son fonctionnement et de la puissance de l'appareil.

L'énergie électrique E transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est égale au produit :

E = P \times t avec E eu Joules (J)
P en Watts (W)
t en secondes (s)


Une énergie de 1 joule est l'énergie transférée à un appareil de puissance 1W fonctionnant pendant 1s.

Cette unité étant très petite, on utilise plus souvent le wattheure (Wh) et le kilowattheure (kWh).

On calcule E en kWh si la puissance P est en kilowatts (kW) et le temps t en heures (h).

E(kWh) = P(kW) × t(h)
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