Bilan énergétique dans un circuit électrique

Résumé du document

V) RAPIDITE DES TRANSFERTS D'ENERGIE

La puissance permet d'évaluer la rapidité d'un transfert d'énergie.

A) PUISSANCE ET RAPIDITE DU TRANSFERT

1. PUISSANCE MECANIQUE

Un coureur du Tour de France fournit un certain travail mécanique pour franchir un col : il dépense une certaine énergie.
Un facteur qui gravit le même col fournit le même travail puisque l'altitude franchie est la même.
Seule la durée de l'ascension est différente : le coureur effectue cette ascension beaucoup plus rapidement que le facteur ; il fournit une puissance plus importante.
La puissance mécanique est directement liée à la rapidité du transfert d'énergie.

2. PUISSANCE ELECTRIQUE

Deux pièces identiques sont chauffées : l'une avec un radiateur électrique de puissance 500 W, l'autre avec un radiateur électrique de 1 000 W.
Pour arriver à la même température de confort, le radiateur de 500 W doit fonctionner deux fois plus longtemps.
En effet, le transfert d'énergie d'un radiateur vers l'air de la pièce est deux fois plus rapide avec l'appareil qui est deux fois plus puissant.
La puissance électrique est directement liée à la rapidité du transfert d'énergie.

B) BILAN DE PUISSANCE

Le bilan énergétique peut être traduit en terme de puissance (...)

Extraits

[...] Exemples : Le rendement des alternateurs EDF est d'environ De tels générateurs, dont le rendement est proche de sont qualifiés de générateurs de tension idéaux. En revanche, les photopiles ne convertissent en énergie électrique qu'une faible partie de l'énergie de rayonnement qu'elles reçoivent du Soleil : leur rendement est de l'ordre de Le rendement est une grandeur sans unité. C'est un nombre toujours inférieur à 1 (ou à 100%). III) Bilan énergétique dans un circuit élémentaire Associons un générateur à un électrolyseur et représentons les échanges énergétiques dans le circuit. [...]

[...] Pour arriver à la même température de confort, le radiateur de 500 W doit fonctionner deux fois plus longtemps. En effet, le transfert d'énergie d'un radiateur vers l'air de la pièce est deux fois plus rapide avec l'appareil qui est deux fois plus puissant. La puissance électrique est directement liée à la rapidité du transfert d'énergie. Bilan de puissance Le bilan énergétique peut être traduit en terme de puissance. Ainsi, en divisant par Δt les expressions des énergies We (récepteur) et We (générateur), on obtient les bilans de puissance respectifs d'un récepteur et d'un générateur électriques. [...]

[...] La force électromotrice E est la tension aux bornes du générateur lorsqu'il ne débite aucun courant = ; on parle ainsi de tension à vide du générateur. Quelques valeurs de force électromotrice : pour une pile ronde : 1,5 volts, pour une dynamo : quelques volts à quelques centaines de volts, pour une cellule photovoltaïque : quelques dixièmes de volt. Bilan énergétique aux bornes d'un générateur Un générateur de tension fournit de l'énergie électrique au reste du circuit. Il convertit en énergie électrique une autre forme d'énergie. [...]

[...] L'effet Joule est un phénomène omniprésent. L'énergie impliquée est toujours de l'énergie électrique perdue au niveau des éléments du circuit (générateur, moteur, électrolyseur, fils de connexion, Cependant, cette énergie peut être utilisée. Il ne peut y avoir de transfert d'énergie du générateur vers le récepteur que si les deux conditions suivantes sont respectées : La portion de circuit comprenant le récepteur est soumise à une tension différente de zéro ; Cette portion de circuit est traversée par un courant dont l'intensité n'est pas nulle. [...]

[...] Bilan énergétique aux bornes d'un récepteur électrique Un récepteur est traversé par un courant électrique ; il reçoit donc de l'énergie électrique. L'énergie électrique We (récepteur) qu'il absorbe pendant la durée Δt a pour expression : We = (VA VB)·I·Δt = UAB·I·Δt We = + = + I2·Δt We = + I2·Δt L'énergie électrique absorbée par le récepteur durant Δt peut se noter de la manière suivante : We = Wu + Wj. Wu est l'énergie électrique convertie par le récepteur en une autre forme d'énergie durant Δt. [...]