Puissance électrique

Réduction de la puissance électrique

La puissance électrique utilisée par un composant électrique dépend de deux facteurs principaux. Ces facteurs sont :

• Le courant \(I\) qui traverse le composant.

• La différence de potentiel/tension \(U\) entre les deux extrémités du composant.

En diminuant l'une ou l'autre de ces variables, on réduit proportionnellement la puissance. Ceci peut être formulé sous la forme d'une équation pour la puissance en fonction de ces deux variables, que nous montrons dans la section suivante de cette explication.

Formule de la puissance électrique

La puissance électrique transférée à un composant électrique dans un circuit peut être calculée à l'aide de la formule de puissance électrique : \[ P = U I \]

où \(P\) est la puissance électrique, \(U\) est la différence de potentiel ou tension et \(I\) est l'intensité du courant.

En d'autres termes, \[ \textrm{Puissance} = \textrm{tension} \times \textrm{intensité} \]

Ainsi, une puissance électrique de \(1W\) peut être définie comme l'énergie transférée chaque seconde lorsqu'un courant de \(1A\) passe à travers une différence de potentiel de \(1V\).

Pour un conducteur ohmique, on peut également utiliser la loi d'Ohm afin d'exprimer la puissance qui est dissipée en chaleur par effet Joule en fonction de l'intensité et de la résistance : \[ U=RI \]

En injectant la valeur de la différence de potentiel dans l'équation de la puissance, on obtient : \[ P = R I^2 \] où R est la résistance du composant électrique.

Unité de puissance électrique

La puissance électrique, comme toutes les autres formes de puissance, est une mesure de la vitesse (ou débit) à laquelle l'énergie est transférée vers (ou depuis) un objet ou, plus généralement, un système physique. On s'attend donc à ce que la puissance électrique soit exprimée en Joules par seconde, ce qui correspond au Watt. \[ 1W = 1\,J/s \]

À titre d'exemple, imaginons que nous ayons une lampe qui nécessite une ampoule à incandescence de \(12W\). Cette valeur indique que l'énergie totale utilisée par l'ampoule en une seconde, sous forme d'énergie lumineuse et d'énergie thermique dissipée, est égale à \(12J\).

Calculer la puissance électrique

Le triangle de la puissance électrique est un moyen facile de mémoriser l'équation ci-dessus. Cette formule peut être réarrangée à l'aide d'un triangle de puissance électrique illustré ci-dessous.

Examinons quelques exemples où nous calculons la puissance :

Puissance transmise

La valeur de la puissance consommée dépend à la fois du courant et de la différence de potentiel. Par conséquent, une même puissance électrique peut être délivrée en utilisant différentes combinaisons de différence de potentiel et d'intensité du courant. C'est-à-dire :

• soit une intensité du courant faible et une tension élevée ;

• soit une intensité du courant élevée avec une faible tension ;

Figure 2. Les panneaux d'avertissement à l'extérieur des centrales électriques indiquent que les tensions présentes sont dangereuses pour l'homme et peuvent causer des dommages graves sous la forme d'un choc électrique.

L'inconvénient d'utiliser un courant élevé avec une faible différence de potentiel est la dissipation d'énergie par effet Joule sous forme de chaleur. Lorsqu'un courant élevé passe dans un fil, celui-ci chauffe à des températures élevées, ce qui réduit la durée de vie du fil. Cet effet est indésirable car il réduit l'efficacité des appareils électriques. En effet, une partie de l'énergie est perdue car elle est convertie en chaleur. C'est pourquoi les puissances élevées sur le réseau électrique sont transmises sous haute tension avec de faibles courants.

Puissance d'un courant alternatif et d'un courant continu

Pour terminer ce réumé de cours, comparons la puissance fournie par un courant alternatif et un courant continu :

Un courant alternatif peut être représenté par \(i(t) = I_0 \cos(\omega t)\) tandis qu'un courant continu est donné par une constante \(i(t)=I_{eff}\). Faisons passer ce courant à travers une résistance \(R\), alors on a vu que d'après la loi d'Ohm, la puissance est dissipée sous forme de chaleur et son expression est \(P=Ri^2\).

Courant alternatif

Dans le cas du courant alternatif, la puissance dissipée par effet Joule vaut \(P(t)=RI_0^2\cos^2(\omega t)\). Cette valeur oscille dans le temps (le cosinus carré varie entre 0 et 1) mais en moyenne, la puissance vaut \(\braket{P}=\frac{1}{2}RI_0^2\).

Courant continu

Dans le cas du courant continu, la puissance dissipée par effet Joule vaut \(P=RI_{eff}^2\). Cette valeur est constante et en moyenne, elle vaut donc également \(\braket{P}=RI_{eff}^2\).

On peut remarquer que les puissances avec un courant alternatif et avec un courant continu peuvent être égales si l'on prend : \[I_{eff}=\frac{I_0}{\sqrt{2}}\]

On appelle \(I_{eff}\) la valeur efficace, c'est-à-dire à quel signal continu correspond le signal alternatif d'amplitude \(I_0\) en termes de puissance délivrée.