Comment calculer la puissance électrique ?

La puissance électrique se calcule avec la formule P = U × I, où U est la tension en volts et I l'intensité en ampères. Le résultat est en watts (W).

Quelle est la différence entre puissance et énergie ?

La puissance (en watts) indique la quantité d'énergie transférée par unité de temps. L'énergie (en joules ou en kilowattheures) est la quantité totale d'énergie échangée : E = P × t.

Qu'est-ce que l'effet Joule ?

L'effet Joule est l'échauffement d'un conducteur parcouru par un courant électrique. La puissance dissipée par effet Joule vaut P = R × I², où R est la résistance en ohms.

Comment calculer le rendement d'un appareil électrique ?

Le rendement η = P_utile / P_totale (sans unité, compris entre 0 et 1). Plus il est proche de 1 (ou 100 %), plus l'appareil est efficace.

Collège · 3ᵉ · Physique

Puissance et énergie électrique

Bilan énergétique d'un circuit, rendement d'un convertisseur

À propos de cette page

Ce cours de physique en troisième sur « Puissance et énergie électrique » suit le programme officiel de physique de troisième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Rappels : tension, intensité, loi d'Ohm, La puissance électrique : P = U × I, L'énergie électrique : E = P × t, joule et kilowattheure, L'effet Joule. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième à réussir en physique.

Rappels : tension, intensité, loi d'Ohm

Grandeur	Symbole	Unité	Appareil de mesure
tension	U	volt (V)	voltmètre, en dérivation
intensité	I	ampère (A)	ampèremètre, en série
résistance	R	ohm (Ω)	ohmmètre, hors circuit

Loi d'Ohm. Pour un résistor (conducteur ohmique), U = R × I : la tension à ses bornes est proportionnelle à l'intensité qui le traverse.

Exemple. Un résistor de 47 Ω traversé par 0,25 A a une tension de 47 × 0,25 = 11,75 V à ses bornes. Sous 230 V, il serait traversé par I = 230 / 47 ≈ 4,9 A.

Repères. Pile plate : 4,5 V ; batterie de voiture : 12 V ; prise de courant en France : 230 V (courant alternatif, 50 Hz). Une lampe de vélo est traversée par 0,3 A, un four par 10 A.

La puissance électrique : P = U × I

La puissance mesure la « vitesse » à laquelle un appareil reçoit ou fournit de l'énergie : un four de 2 500 W transfère 2 500 joules chaque seconde.

Formule. P = U × I, avec P en watts (W), U en volts (V) et I en ampères (A). 1 W = 1 V × 1 A = 1 J/s. Formes dérivées : I = P / U et U = P / I. 1 kW = 1 000 W.

Appareil	Puissance nominale	Intensité sous 230 V
lampe LED	9 W	0,04 A
téléviseur	80 W	0,35 A
réfrigérateur (en marche)	150 W	0,65 A
aspirateur	1 100 W	4,8 A
bouilloire	2 200 W	9,6 A
plaque de cuisson	3 000 W	13 A

Exemple. La plaque signalétique d'un aspirateur indique « 230 V – 4,8 A » : sa puissance est P = 230 × 4,8 = 1 104 W ≈ 1,1 kW. Une bouilloire de 2 200 W sous 230 V est traversée par I = 2 200 / 230 ≈ 9,57 A.

Attention ! La puissance nominale inscrite sur la plaque est celle de l'appareil dans ses conditions normales d'utilisation (sous 230 V). Sous une autre tension, elle serait différente.

L'énergie électrique : E = P × t, joule et kilowattheure

Formule. E = P × t. Avec P en watts et t en secondes, E est en joules (J). Avec P en kilowatts et t en heures, E est en kilowattheures (kWh), l'unité des factures. 1 kWh = 1 000 W × 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ.

Exemple. Un sèche-cheveux de 1 800 W utilisé 12 min : t = 720 s, E = 1 800 × 720 = 1 296 000 J ≈ 1,3 MJ. En kWh : 1,8 kW × 0,2 h = 0,36 kWh. Vérification : 0,36 × 3 600 000 = 1 296 000 J.

Attention ! Le watt est une puissance, le wattheure et le joule sont des énergies. « Mon ordinateur consomme 65 W » est une puissance ; « il a consommé 520 Wh en 8 h » est une énergie. Ne jamais écrire « 520 W » pour une énergie.

Coût. Coût = E (kWh) × prix du kWh (≈ 0,25 €). Le sèche-cheveux ci-dessus : 0,36 × 0,25 = 0,09 €.

L'effet Joule

Définition. Tout conducteur parcouru par un courant s'échauffe : c'est l'effet Joule. L'énergie électrique reçue est convertie en énergie thermique.

Effet Joule…	Exemples
recherché	radiateur, bouilloire, grille-pain, sèche-cheveux, plaque de cuisson, fusible
subi (pertes)	moteur qui chauffe, ordinateur avec ventilateur, chargeur tiède, fils électriques, lignes de transport

Pour un résistor, toute la puissance P = U × I est dissipée par effet Joule. Comme U = R × I, on obtient aussi P = R × I² : la puissance dissipée croît avec le carré de l'intensité. Doubler I quadruple l'échauffement.

Exemple. Une résistance de radiateur de 23 Ω sous 230 V : I = 230 / 23 = 10 A, puissance P = 230 × 10 = 2 300 W (ou 23 × 10² = 2 300 W). En 20 min, elle libère E = 2 300 × 1 200 = 2 760 000 J ≈ 0,77 kWh de chaleur.

Attention ! Un fil trop fin (résistance élevée) traversé par un courant trop fort chauffe dangereusement : c'est la cause des incendies liés aux multiprises surchargées.

Sécurité : intensité maximale, disjoncteur et fusible

Les fils d'une installation supportent une intensité maximale (16 A ou 20 A pour les prises, 32 A pour une plaque de cuisson). Au-delà, ils chauffent par effet Joule : le disjoncteur (réarmable) ou le fusible (à remplacer) coupe le circuit.

Méthode. Puissance maximale d'un circuit : P_max = U × I_max. Sur une prise 16 A : P_max = 230 × 16 = 3 680 W. Appareils branchés sur une même multiprise : on additionne les puissances (donc les intensités), puis on compare à P_max.

Exemple. Bouilloire (2 200 W) + four (2 500 W) sur la même prise 16 A : P = 4 700 W, I = 4 700 / 230 ≈ 20,4 A > 16 A. Le disjoncteur coupe. Bouilloire + grille-pain (1 100 W) : 3 300 W, I ≈ 14,3 A : acceptable.

Situation	Cause	Protection
surintensité	trop d'appareils sur un circuit	disjoncteur ou fusible
court-circuit	deux fils en contact direct : I énorme	disjoncteur ou fusible
fuite de courant vers une personne	défaut d'isolation	disjoncteur différentiel (30 mA)

Bilan de puissance et rendement d'un appareil

Bilan. Un appareil reçoit une puissance électrique P_reçue = U × I et la convertit : P_reçue = P_utile + P_perdue (presque toujours de la chaleur par effet Joule). Le rendement η = P_utile / P_reçue est toujours inférieur à 1.

Exemple. Un moteur de vélo électrique sous 36 V est traversé par 6,9 A : P_reçue = 36 × 6,9 ≈ 248 W. Il fournit 205 W de puissance mécanique : η = 205 / 248 ≈ 0,83 = 83 % ; les 43 W restants chauffent le moteur.

Convertisseur	Énergie utile	Rendement typique
radiateur électrique	thermique	100 % (tout est chaleur)
moteur électrique	mécanique	80 à 95 %
lampe LED	lumineuse	≈ 30 %
lampe à incandescence	lumineuse	≈ 5 %
chargeur de téléphone	chimique (batterie)	≈ 85 %

Astuce. Pour trouver la puissance consommée à partir de la puissance utile : P_reçue = P_utile / η. Un moteur de rendement 80 % qui doit fournir 400 W consomme 500 W.

En bref

P = U × I : W = V × A ; I = P / U. Prise : 230 V.
E = P × t : J = W × s ; kWh = kW × h ; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J. Coût = E (kWh) × prix.
Watt = puissance ; joule, Wh = énergie.
Effet Joule : tout conducteur parcouru par un courant chauffe ; P = R × I² pour un résistor.
Prise 16 A → 3 680 W maximum ; on additionne les puissances des appareils ; disjoncteur ou fusible coupent la surintensité.
P reçue = P utile + P perdue ; η = P utile / P reçue < 1.

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