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Collège · 3ᵉ · Physique

Puissance et énergie électrique

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

Calculer la puissance et l'énergie d'un appareil, convertir joules et kilowattheures, comprendre l'effet Joule et vérifier la sécurité d'une installation.

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Définitions

  • Puissance P (W) : énergie transférée par seconde ; 1 W = 1 J/s ; 1 kW = 1 000 W.
  • Puissance nominale : valeur de la plaque, sous 230 V.
  • Énergie E : en joules (J) ou en kilowattheures (kWh).
  • Effet Joule : tout conducteur parcouru par un courant chauffe ; utile (radiateur) ou perdu (moteur, fils).
  • Disjoncteur / fusible : coupent la surintensité ; le fusible fond, le disjoncteur se réarme.
  • Rendement η = P utile / P reçue < 1.
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Formules

  • P = U × I (W = V × A) ; I = P / U.
  • U = R × I ; résistor : P = R × I².
  • E = P × t : W × s → J ; kW × h → kWh ; 1 kWh = 3,6 MJ.
  • Coût = E (kWh) × prix du kWh.
  • P max d'un circuit = U × I max ; sur une multiprise, on additionne les puissances.
  • P reçue = P utile + P perdue ; P reçue = P utile / η.
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Repères

  • Prise : 230 V ; circuit 16 A → 3 680 W ; 20 A → 4 600 W.
  • LED 9 W · TV 80 W · réfrigérateur 150 W · aspirateur 1 100 W · bouilloire 2 200 W · four 2 500 W.
  • Prix du kWh ≈ 0,25 €.
  • Rendements : radiateur 100 %, moteur 80-95 %, chargeur 85 %, LED 30 %, incandescence 5 %.
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Méthode

  1. Lire U et P (ou I) sur la plaque ; P = U × I pour la grandeur manquante.
  2. Durée en s pour des J, en h pour des kWh (45 min = 0,75 h).
  3. E = P × t, puis coût = E × prix.
  4. Sécurité : somme des puissances ÷ 230 → intensité, à comparer au disjoncteur.
  5. Bilan : η = P utile / P reçue.
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Pièges à éviter

  • Une énergie ne s'écrit pas en watts : 65 W × 8 h = 520 Wh.
  • Pas de minutes dans E = P × t.
  • kWh = énergie, kW = puissance.
  • Les appareils d'une multiprise s'additionnent.
  • Rendement > 100 % : impossible.
L'essentiel
  • P = U × I : la puissance en watts est le produit de la tension par l'intensité.
  • E = P × t : joules avec des secondes, kWh avec des heures ; 1 kWh = 3,6 MJ.
  • Tout conducteur parcouru par un courant chauffe : c'est l'effet Joule, P = R × I².
  • Sur un circuit, on additionne les puissances ; le disjoncteur coupe au-delà de U × I max.
  • Rendement = puissance utile / puissance reçue, toujours inférieur à 1.
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