La convention récepteur
Pour un récepteur, si l’intensité du courant I est positive lorsqu’il circule de A vers B, alors la tension UAB est aussi positive.
Il faut donc flécher I et UAB en sens opposés. Inversement, si l’intensité I est négative, alors la tension UAB l’est aussi.
L'énergie électrique reçue Wél
L’énergie électrique Wél reçue par un récepteur AB traversé par une intensité I et soumis à une tension UAB pendant une durée ∆t, est :
Avec la convention récepteur, cette énergie est forcément positive, car si I est positif, alors UAB est aussi positive.
Exemple
Un dipôle AB traversé par un courant I = 2,5 mA de A vers B, est soumis à une tension UAB = 12 V. L’énergie électrique reçue par ce dipôle pendant une durée ∆t = 8 minutes, est calculée directement avec la formule précédente : Wél = UAB × I × ∆t.
Il faut exprimer les grandeurs intervenant avec la bonne unité :
UAB = 12 V, I = 2,5 mA = 2,5 × 10–3 A et ∆t = 8 minutes = 480 s.
Ainsi, Wél = 12 × 2,5 × 10–3 × 480 = 14 J.
Ce dipôle AB a donc reçu une énergie égale à 14 J du générateur.
La puissance électrique reçue Pél
La puissance électrique Pél reçue par un récepteur est le rapport :
Pél : puissance reçue par le récepteur en watt (W)
Pél = Wél : énergie reçue par le récepteur en joule (J)
∆t : durée considérée en seconde (s)
Cette formule peut s’exprimer aussi autrement, car Wél = UAB × I × ∆t. Si on divise cette expression par ∆t, on trouve alors :
Pél = UAB × I
Cette relation est aussi valable pour les appareils ménagers utilisant la tension du réseau EDF. L’unité d’énergie utilisée par les fournisseurs d’énergie, n’est pas le joule mais le kilowatt-heure (kW.h). C’est l’énergie consommée par un appareil ayant une puissance de 1 kilowatt durant 1 heure.
Exemple
Si on reprend l’exemple précédent, le dipôle AB reçoit donc une puissance Pél = 12 × 2,5 × 10–3 = 0,030 W.
La puissance électrique optimale d’utilisation (appelée aussi « puissance nominale ») est souvent indiquée sur les dipôles. Elle permet d’avoir une idée de la rapidité du transfert d’énergie électrique.
Exemple
Un appareil électrique ayant une puissance P = 800 W fonctionne durant 2 heures. Cet appareil va donc consommer une énergie E : E = P × ∆t, avec P = 800 W et ∆t = 2 heures, donc E = 800 × 2 = 1 600 W.h = 1,6 kW.h. Si on veut exprimer cette énergie en joule, il suffit de convertir la durée ∆t en seconde (1 h = 3 600 s) et la puissance en watt (1 kW = 1 000 W), ainsi 1 kW.h = 1 000 × 3 600 = 3,6 × 106 J.
Les conducteurs ohmiques
Un conducteur ohmique est un dipôle vérifiant la loi d’Ohm. La tension à ses bornes est proportionnelle à l’intensité u courant qui le traverse.
Un conducteur ohmique est un dipôle passif, qui transforme toute l’énergie électrique qu’il reçoit en énergie thermique par effet Joule.
L’effet Joule est l’effet thermique associé au passage du courant électrique dans un conducteur. Il se manifeste dans les conducteurs ohmiques, mais aussi dans tous les conducteurs comportant une résistance interne.
L’énergie électrique reçue par le conducteur ohmique est Wél = UAB × I × ∆t, or pour ce dipôle UAB = R × I, donc : Wél = R × I2 × ∆t.
La puissance électrique reçue est alors : Pél = R × I2.
L’énergie électrique reçue par le conducteur ohmique est intégralement transférée au milieu extérieur par transfert thermique, ainsi QJ = Wél = R × I2 × ∆t.
Remarque
L’effet Joule a de multiples applications : chauffages électriques, lampes à incandescence, fusibles, etc., mais aussi des effets gênants comme l’échauffement des circuits, les pertes d’énergie dans les lignes, la destruction de composants en raison de l’augmentation de la température, etc.
La convention générateur
Le courant I et la tension ont le même signe pour un générateur, comme sur le schéma ci-contre. Si l’intensité délivrée est positive, alors la tension l’est aussi.
Un générateur délivre une énergie Wg qui est la somme des énergies reçues par les dipôles récepteurs du circuit.