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Physique Chimie
Transfert d'énergie dans un circuit électrique - Comportement global d'un circuit électrique
1ère année bac Sciences Expérimentales Physique Chimie 1 bac Transfert d'énergie dans un circuit électrique - Comportement global d'un circuit électrique fiche de cours
On réalise le montage électrique suivant qui est formé par un générateur branché en série avec une lampe, un moteur électrique, un interrupteur K et un électrolyseur.
Exploitation :
On ferme l’interrupteur K, que se passe-t-il au niveau de chaque dipôle ?
Lorsqu’on ferme le circuit on observe :
- la lampe brille et chauffe.
- l’électrolyseur est le siège de réactions chimiques au niveau de chaque électrode
- Le moteur tourne.
Quelles sont les formes d’énergie produites par chaque dipôle?
Les formes d’énergie qui se produit par chaque dipôle sont :
- dans la lampe : énergie calorifique et énergie de rayonnement ;
- dans le moteur : énergie calorifique et énergie mécanique ;
- dans l’électrolyseur : énergie calorifique et énergie chimique
Qu’il est le dipôle électrique qui fournit de l’énergie au reste de circuit?
Le générateur qui fournit de l’énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner les éléments de circuit électrique.
Qu’appelle-t-on les dipôles électriques suivants : la lampe, le moteur et l’électrolyseur?
Ce sont des récepteurs électriques.
Energie électrique reçue par un récepteur, puissance électrique.
Définition
Un récepteur électrique est un dipôle qui converti l’énergie électrique reçue en une autre forme d’énergie. Par convention, lorsqu’un récepteur (dipôle AB) est parcouru par un courant allant de A vers B, la tension $U_{AB}$ est positive. La flèche représentant $U_{AB}$ est alors dans le sens opposé à celui du courant.
Dipôle en convention récepteur :
Energie électrique reçue par un récepteur
L’énergie électrique $\mathrm{W_e}$ reçue par un récepteur pendant la durée $\Delta t$ est :
$$W_{e}=U_{A B} \times I \times \Delta t$$
Avec : $U_{AB}$ : est la tension en Volt (V)
$\mathrm{I}$ : est l’intensité du courant en ampère (A)
L’unité de l’énergie électrique dans le SI est le joule (J). On utilise souvent une autre unité d’énergie c’est le (kWh) tel que :
$$1 K W h=3,6 \times 10^{6} J$$
Puissance électrique reçue par un récepteur:
En régime permanent, en courant continue, la puissance $P_e$ transférée à un récepteur est égale au produit de la tension UAB à ses bornes par l’intensité I du courant qui le traverse :
$$P_{e}=U_{A B} \times I$$
Exprimée en Watt (W).
تطبيق
Un moteur fonctionne sous une tension de $9V$, et reçoit une puissance de $1,5W$ pendant une durée de $2~min.$
1- Calculer l’énergie électrique reçue par le moteur.
2- En déduire l’intensité du courant qui le traverse.
Réponse:
1- on sait que :
$\begin{aligned}W_e&=P_e \times \Delta t \\ & =1,5 \times 2 \times 60 ~~\text{ (on a converti en seconde)} \\ &=180~J \end{aligned}$
2- On a: $$\quad P=U \times I$$
$$I=\frac{P}{U}=\frac{1.5}{9}=0.167 \mathrm{~A}$$
Effet de Joule
Cas d’un conducteur ohmique, loi de joule
Un conducteur ohmique est un dipôle passif, il converti toute l’énergie électrique $W_e$ qu’il reçoit en énergie thermique $Q_j$ par effet de joule.
On distingue généralement l’énergie thermique $Q_j$ par $W_j$ est à partir de ces deux relations
$U_{A B}=R \times I \quad$ et $\quad W_{e}=W_{j}=U_{A B} \times I \times \Delta t$
On obtient la loi de joule :
$$W_{e}=W_{j}=R \times I^{2} \times \Delta t$$
Enoncé de la loi de joule
L’énergie électrique reçue par le conducteur ohmique dissipée par effet de joule, est proportionnelle au carré de l’intensité de courant qui le traverse.
تطبيق
On applique aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance $R=10$ une tension $U=4V$.
1- Calculer la puissance électrique reçue par le conducteur ohmique.
2- Sous quelle forme est convertie cette puissance.
3- Sachant que la tension U est appliquée pendant la durée $\Delta t=5~ min$ , calculer l’énergie dissipée par effet joule.
Réponse:
1- on sait que :
$$U=R \times I~~ \text { alors }~~ I=\frac{U}{R}$$
Or on a :
$$P=U \times I$$
et en remplaçant dans l'équation précédente, on trouve:
$$P=\frac{U^{2}}{R}=\frac{4^{2}}{10}=1.6 \mathrm{~W}$$
2- cette puissance est convertie sous forme d’une chaleur fournie au milieu extérieur.
3- on sait que :
$$P=R \times I^{2} \quad \text { alors }\quad W_{j}=P \times \Delta t=1.6 \times 5 \times 60=480 \mathrm{~J}$$
ما يجب معرفته
-Le passage du courant électrique dans tout appareil s’accompagne d’un échauffement.
-L’effet Joule est l’effet thermique qui accompagne le passage du courant électrique dans un conducteur.
-L’effet Joule se manifeste sous forme de chaleur $Q$ mais aussi de rayonnement $WR$
Energie électrique fourni par un générateur, puissance électrique de transfert.
Définition
Un générateur est un dipôle actif qui converti l'énergie électrique en une autre forme d’énergie. La convention d’un générateur :
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