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Groupe : ST L2 Génie Mécanique Construction Mécaniq Membre : Exposé Electricité

Groupe : ST L2 Génie Mécanique Construction Mécaniq Membre : Exposé Electricité industrielle Puissance et énergie électriques Introduction : La puissance électrique est souvent mentionnée sur les emballages d’appareils électriques comme les ampoules et les appareils électroménagers.Une fois branchés dans le circuit électrique d’une maison ils consomment une certaine quantité d’énergie électrique. Nous allons voir dans ce cours que c’est à partir de la puissance qu’il est possible de déterminer l’énergie consommée par un appareil donné. Dans un premier temps nous définirons la puissance électrique,puis nous aborderons l’énergie électrique en calculant la consommation d’un appareil. 1-Expression générale de la puissance électrique Soit un dipôle D quelconque, traversé par un courant d'intensité i et soumis à la tension u. Avec la convention récepteur ( schéma ci-dessous ), la puissance reçue par D s'écrit : La puissance est une grandeur algébrique dont le signe dépend de la convention choisie. Avec la convention récepteur, le comportement du dipôle est le suivant : - si p = ui > 0 , alors le dipôle reçoit la puissance ( récepteur ) - si p = ui < 0 , alors le dipôle fournit la puissance ( générateur ) 2- Mesure de la puissance électrique En général, la puissance se mesure avec un Wattmètre ( schéma ci-dessous ). Cet appareil mesure à la fois la tension et le courant pour en déduire la puissance. Sur les Wattmètres modernes, la mesure du courant se fait à l'aide d'une pince ampèremétrique. En courant continu, la mesure de la tension u et du courant i permet de calculer la puissance p = u.i ( attention à la convention ). 3- Puissance dans les résistors linéaires ( "résistances" ) Pour une résistance R, la relation entre u et i est u = Ri. On a p = ui donc p=Ri² mais aussi p=u²/R I- L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 1- Relation entre puissance et énergie En régime permanent, si un dipôle D a consommé la puissance constante P pendant une durée t, alors il a reçu l'énergie W ( Schéma ci-dessous ): Pour une puissance constante, l'énergie augmente linéairement. L'énergie augmente avec la puissance mais aussi avec le temps. Pour les fortes quantités d'énergie, on utilise une autre unité, le Wattheure (W.h):  1 W.h = 3600 J  1 kW.h = 103 W.h = 3,6.106 J. 2- Expression de l'énergie électrique a- Régime permanent On a vu que W = P.t avec P=U.I donc W=U.I.t b- Cas général On définit la quantité d'électricité traversant le dipôle par Q = I.t avec Q en Coulombs (C). On en déduit donc : Loi: Toute charge électrique Q passant d'un point A où le potentiel est VA à un point B où le potentiel est Vb reçoit l'énergie électrique W = QU = Q(VA − VB). 3- Loi de Joule Dans le cas d'un résistor linéaire de résistance R, l'énergie reçue et dissipée sous forme de chaleur WJ = U.I.t peut s'écrire en tenant compte de la relation U = RI : Wj=RI²t avec WJ en joules (J); R en ohms (Ω); I en ampères (A) et t en secondes (s). Cette relation traduit la loi de Joule. On dit que l'énergie est dissipée par effet Joule. 3- Mesure de l'énergie électrique La mesure de l'énergie électrique se fait avec un compteur d'énergie. Il est caractérisé par une constante k qui représente l'énergie reçue par l'installation pour un tour du disque. Par exemple, si k = 2,5 W.h / tr alors un tour de disque correspond à une consommation de 2,5 W.h. II- CONSERVATION DE L'ÉNERGIE 1- Principe de conservation de l'énergie L'énergie se trouve sous diverses formes : - mécanique ( moteur, le vent …), - électrique ( turbine génératrice, EDF …), - chimique ( batterie, pile à combustible ), - thermique ( résistance chauffante, combustion d'un carburant …), - rayonnement ( soleil, lampe infrarouge …). L'énergie subit des transformations, par exemple : - dans un résistor, l'énergie électrique est transformée en énergie thermique, - dans un moteur, l'énergie électrique est transformée en énergie mécanique. W = QU = Q(VA − VB) - dans une batterie, l'énergie chimique se transforme en énergie électrique. Loi : énergie reçue par un système = variation de son énergie interne + énergie fournie. L'énergie fournie par un système est composée d'énergie utile et d'énergie perdue. Exemple 1 : La batterie d'accumulateur ( énergie stockée ) Exemple 2 : La photopile 2- Transformation de l'énergie dans un résistor Lorsqu'un résistor reçoit une puissance P = UI constante, sa température augmente ( phase d'échauffement avec augmentation de l'énergie interne ), puis se stabilise pour atteindre une température constante ( phase d'équilibre thermique avec énergie interne constante ). Lorsque la puissance reçue redevient nulle, la température diminue et revient à sa valeur initiale ( diminution de l'énergie interne ). L'évolution de la température est schématisée ci-dessous : III- RENDEMENT 1- Bilan des puissances système en équilibre : 2- Rendement d'un convertisseur Définition : Le rendement d'un système est défini par le rapport : et on a aussi Exemples :  Photopile → η ≤ 10 %.  Moteur électrique → 85 % ≤ η ≤ 98 %.  Résistance chauffante → η = 100 %. puissance absorbée Pa = puissance utile Pu + puissance perdue Pp uploads/s3/ expose 2 .pdf