Puissance et énergie électrique
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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.
La puissance électrique
La puissance électrique
Définition
Puissance électrique :
La puissance d’un appareil électrique est le produit de la tension par l’intensité.
Soit $P = U\times I$
- avec $P$ la puissance en watts ($\text{W}$) ;
- $U$ la tension en volts ($\text{V}$) ;
- et $I$ l’intensité en ampères ($\text{A}$).
Cette relation permet de comprendre que pour obtenir une puissance importante, il faut :
- soit une tension très élevée, car $P$ est dépendant de la différence de potentiel électrique dans le circuit ;
- soit une intensité très importante, car $P$ est également dépendant du débit électrique.
À retenir
Autrement dit puissance, intensité et tension sont trois grandeurs liées entre elles.
On distingue la puissance nominale de la puissance totale :
- la puissance nominale est la puissance électrique consommée par un récepteur ;
- la puissance totale est la somme des puissances nominales d’un circuit électrique.
En règle générale on retrouve la notion de puissance nominale sur tous les appareils et systèmes qui délivrent de l’énergie que ce soit un congélateur ou une lampe.
Ainsi, plus la puissance nominale d’une lampe est élevée, plus celle-ci brille.
Dans un circuit, si le générateur, qui fournit du courant, apporte une puissance trop importante par rapport à la puissance nominale d’un récepteur, celui-ci risque de s’abîmer.
- L’ajout d’une résistance peut alors être nécessaire pour réguler la puissance.
L’énergie électrique
L’énergie électrique
La puissance permet d’évaluer un transfert d’énergie dans le temps.
Définition
Énergie électrique :
L’énergie électrique est la quantité d’énergie consommée par un appareil en un temps donné. Soit : $E = P\times t$
- avec $E$ l'énergie électrique en wattheure ($\text{Wh}$) dans le système international (SI), mais on le trouve souvent en kilowhattheure ($\text{kWh}$) ;
- $P$ la puissance en watt ($\text{W}$) ;
- et $t$ la durée en heure.
Calculons l’énergie consommée par une télévision en une année. On sait que :
- lorsqu’elle est allumée sa puissance est de $200\ \text{W}$ ;
- lorsqu’elle est en veille sa puissance est de $5\ \text{W}$.
Un consommateur l’allume deux heures par jour.
Quelle est la quantité d’énergie totale consommée en une année ?
Il faut d’abord convertir les puissances en $\text{kW}$ :
- $P_{\text{allumée}} = 200\ \text{W} = 0,2\ \text{kW}$ ;
- et $P_{\text{veille}} = 5\ \text{W} = 0,005\ \text{kW}$.
Ensuite, nous savons que la télévision est allumée 2 heures par jour et qu’elle est en veille 22 heures par jour.
$E_{\text{allumée}} = P_{\text{allumée}}\times 2 \times 365 = 0,2 \times 2 \times365 = 146\ \text{kWh/an}$
$E_{\text{veille}} = P_{\text{veille}}\times22 \times 365 = 40,15\ \text{kWh/an}$
La quantité d’énergie totale est donc :
$146 + 40,15 = 186,15\ \text{kWh/an}$
Les formules de l’énergie et de la puissance électrique peuvent se combiner. Ainsi, si on nous donne uniquement les valeurs de $U$ (la tension) et de $I$ (l’intensité) et qu’il faut calculer l’énergie d’un appareil, on peut utiliser la formule suivante :
$E =U\times I \times t$
Il faut faire attention à convertir les unités de mesure : $E$ en $\text{Wh/an}$, $U$ en $\text{V}$, $I$ en $\text{A}$ et $t$ en heure.
Conclusion :
Il existe deux formes de puissance électrique : la puissance nominale et la puissance totale.
La puissance nominale concerne la consommation d’un appareil tandis que la puissance totale concerne la consommation d’un ensemble d’appareils d’un même circuit.
L’énergie consommée par un appareil dépend de sa puissance et de son temps d’utilisation.
Un appareil peut consommer une quantité plus ou moins importante d’énergie, même lorsqu’il est en veille.
Il est donc important de surveiller sa consommation d’énergie dans un souci de protection de l’environnement.