Cours : Puissance et énergie 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

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 par unité de temps. 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 ($\text{kW}$) ;
• 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 :

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 :

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.