II. Puissance et énergie électrique

Ce chapitre aborde les concepts cruciaux de puissance et d'énergie électriques, essentiels pour comprendre le fonctionnement des appareils électriques et leur consommation.

La puissance et énergie électrique formule fondamentale est :

Definition: Puissance électrique : Pelec = U × I $en Watts$

Definition: Énergie électrique : Eelec = Pelec × Δt $en Joules$

Il est important de noter que l'énergie électrique ne peut pas être stockée directement, mais elle peut être convertie en d'autres formes d'énergie.

Highlight: L'unité Watt rend compte de la rapidité du transfert d'énergie.

Pour calculer l'énergie électrique consommée en kWh, on utilise la formule :

E $kWh$ = P $kW$ × t $h$

Example: Une ampoule de 60W allumée pendant 5 heures consomme une énergie de 60W × 5h = 300Wh = 0,3 kWh.

III. Rendement d'un convertisseur

Le rendement d'un convertisseur électrique est un concept crucial pour évaluer l'efficacité des appareils électriques.

Definition: Le rendement $η$ est le rapport entre l'énergie utile $ou puissance utile$ et l'énergie reçue $ou puissance reçue$.

η = Energie utile / Energie reçue = Puissance utile / Puissance reçue

Le rendement est toujours inférieur à 1 $ou 100$ en raison des pertes inévitables lors de la conversion d'énergie.

Highlight: La chaîne énergétique $ou de puissance$ d'un convertisseur illustre le flux d'énergie, y compris les pertes.

IV. Caractéristiques de différents dipôles

Ce chapitre explore les propriétés spécifiques de divers dipôles électriques, en se concentrant sur leur comportement dans les circuits.

Definition: La caractéristique d'un dipôle est la courbe U = f$I$, qui montre l'évolution de la tension U en fonction du courant I.

1. Cas du conducteur ohmique : Loi d'Ohm et effet Joule

Le conducteur ohmique, ou résistance, est un exemple de dipôle fondamental en électricité.

Definition: La loi d'Ohm stipule que U = R × I, où R est la résistance du conducteur.

La caractéristique U = f$I$ d'un conducteur ohmique est une droite passant par l'origine, dont le coefficient directeur est R.

Highlight: L'effet Joule se produit lorsqu'un conducteur ohmique convertit l'énergie électrique reçue en énergie thermique, dissipée dans le milieu extérieur.

La puissance dissipée par effet Joule est donnée par la formule : P = R × I²

2. Source idéale de tension

Une source idéale de tension maintient une tension constante à ses bornes, indépendamment du courant qui la traverse.

Example: Une pile idéale de 1,5V maintiendrait toujours cette tension, quel que soit le courant demandé.

La caractéristique U = f$I$ d'une source idéale de tension est une droite horizontale.

3. Source réelle de tension continue

Une source réelle de tension est modélisée par une source idéale de tension E en série avec une résistance interne r.

Definition: L'équation caractéristique d'une source réelle de tension est : U = E - r × I

La caractéristique U = f$I$ est une droite décroissante, avec E comme ordonnée à l'origine $tension à vide$ et -r comme coefficient directeur.

Highlight: Le bilan de puissance d'une source réelle de tension montre que l'énergie fournie se répartit entre l'énergie électrique utile et l'énergie thermique dissipée par effet Joule dans la résistance interne.

Ces concepts sont essentiels pour comprendre le comportement des circuits électriques et sont largement utilisés dans la conception et l'analyse de systèmes électriques.

Real and Ideal Voltage Sources

This section details the characteristics and behavior of voltage sources.

Definition: An ideal voltage source maintains constant voltage regardless of current draw.

Example: Real voltage sources are modeled as ideal sources in series with internal resistance r.

Highlight: The power balance equation for a real voltage source is Pelec = EI - rI².

Vocabulary: E represents the open-circuit voltage when I = 0, while r is the slope coefficient of the characteristic curve.

I. Différence entre courant et tension

Ce chapitre explique la distinction fondamentale entre le courant et la tension électriques. Le courant, mesuré en ampères, représente le flux de charges électriques dans un conducteur. La tension, mesurée en volts, est la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit.

Définition: La tension électrique est une différence d'état électrique $ou une différence de potentiel électrique$ entre deux points d'un circuit.

Vocabulaire: Le courant électrique est un déplacement ordonné de porteurs de charges électriques dans les conducteurs.

La tension est représentée par une flèche dirigée vers la première lettre prononcée $par exemple, UAB$. Le courant circule toujours du potentiel le plus élevé au plus bas dans un récepteur.

Highlight: La formule de l'intensité électrique est I = ΔQ/Δt, où ΔQ est la quantité de charge électrique traversant une section de fil pendant une durée Δt.

Le courant se mesure avec un ampèremètre branché en série, tandis que la tension se mesure avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes du composant.

Example: Pour illustrer la différence entre Volt et Ampère, pensez à un tuyau d'arrosage. Le volt $tension$ serait comparable à la pression de l'eau, tandis que l'ampère $intensité$ serait comparable au débit d'eau qui s'écoule.