Chapitre III – Puissance et énergie électrique

I) La 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 megawatt (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 des enceintes peut être fort etc.

 

II  – Puissance électrique reçue par un appareil

 Expérience : 

On alimente différentes lampes de puissances nominales différentes entre les bornes d’un générateur de tension alternative et on mesure la tension efficace U ainsi que l’intensité efficace I.

 

On remarque que la valeur du produit U x I est proche de la valeur de la puissance nominale.
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 x I avec P en watts W,
U en volts V
I en ampères A.

III – Puissance des appareils et installations électriques

1) Des lignes électriques adaptées aux appareils

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.

Ex : plaques de cuisson, lave-linge,….

2) Les coupe-circuits : des 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.

Fusible

Disjoncteur

 

 

 

 

 

 

 

 IV – L’énergie électrique.

1) Unités.

L’unité légale d’énergie est le Joule (J).

L’unité couramment utilisé pour l’énergie électrique est le kilowattheure (kWh).

C’est avec cette unité que le compteur d’énergie électrique indique l’énergie transférée aux appareils électriques branchés sur le secteur.

1kWh = 3600000 J = 3,6 x 106 J

 2) Puissance et énergie 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 x 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) x t(h)

 

3) Installation électrique et facture E.D.F 

Quand on se connecte au réseau E.D.F on doit choisir un type d’abonnement, c’est à dire la puissance maximale que pourra consommer l’installation à un moment donné. Plus on souhaite avoir une installation puissante plus l’abonnement est cher.
L’abonnement détermine la puissance maximale de l’installation. (elle est indiqué en kVA sur le contrat)
Si on dépasse cette puissance à un instant donné l’installation disjoncte.

Calcul du prix de la consommation.

Prix à payer = Nb de KWh utilisés x prix d’1kWh

 

 

 

 

 

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