3ᵉ · Physique-Chimie · L'énergie : conversions & transferts
La puissance électrique P d'un appareil indique la quantité d'énergie qu'il consomme (ou fournit) chaque seconde. Elle se calcule à partir de la tension U et de l'intensité I :
P est en watt (W), U en volt (V), I en ampère (A).
Chaque appareil porte une puissance nominale inscrite sur sa plaque signalétique (par exemple 1000 W pour un sèche-cheveux). C'est la puissance pour laquelle il est prévu de fonctionner sous la tension du réseau (230 V en France).
L'énergie consommée dépend de la puissance ET de la durée de fonctionnement :
Si P est en watts (W) et t en secondes (s), alors E est en joule (J). Un appareil puissant qui fonctionne longtemps consomme beaucoup d'énergie.
Le joule est une petite unité : pour la facture, on utilise le kilowattheure (kWh). On l'obtient en prenant P en kilowatts (kW) et t en heures (h) :
Le fournisseur facture l'énergie consommée, mesurée par le compteur en kWh. Le coût se calcule ainsi :
Quand un courant traverse un appareil, une partie de l'énergie électrique est transformée en chaleur : c'est l'effet Joule. Il est recherché dans les appareils de chauffage (radiateur, four, bouilloire) mais représente une perte dans les autres.
Comme 1 kW = 1000 W et 1 h = 3600 s :
Pour la puissance : diviser par 1000 pour passer des watts aux kilowatts. Pour le temps : diviser par 3600 pour passer des secondes aux heures.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Regarde la facture d'électricité de ta maison : elle affiche un nombre de kilowattheures, les fameux kWh, et un prix. Ce chapitre t'explique exactement d'où vient ce nombre.
Chaque appareil chez toi porte une étiquette avec une puissance en watts : mille cinq cents watts pour une bouilloire, deux mille watts pour un radiateur, cinquante watts pour une box internet. Plus la puissance est grande et plus l'appareil fonctionne longtemps, plus il consomme d'énergie, et donc plus il coûte cher. Avec les formules de ce chapitre, tu pourras calculer combien te coûte une heure de chauffage, comparer deux appareils, et comprendre pourquoi on te conseille d'éteindre les veilles ou de préférer une ampoule LED à une vieille ampoule.
Tu comprendras aussi l'effet Joule, ce phénomène qui fait chauffer un radiateur mais qui fait aussi chauffer les fils quand le courant est trop fort. Bref, ce chapitre, c'est la science de tes économies d'énergie.
Commençons par la puissance électrique. La puissance, notée P, indique combien d'énergie un appareil consomme chaque seconde. Une lampe de faible puissance consomme peu ; un radiateur de forte puissance consomme beaucoup.
La puissance se mesure en watts, dont le symbole est la lettre W. Pour la calculer, on utilise la tension aux bornes de l'appareil et l'intensité qui le traverse : la puissance P égale la tension U multipliée par l'intensité I. Ça s'écrit P égale U fois I.
La tension U est en volts, l'intensité I est en ampères, et le résultat P est en watts. Par exemple, un appareil branché sous deux cent trente volts et traversé par un courant de deux ampères a une puissance de deux cent trente fois deux, soit quatre cent soixante watts. Attention aux unités : l'intensité doit être en ampères, pas en milliampères.
Retourne un appareil électrique et cherche sa plaque signalétique : tu y liras une puissance, par exemple mille watts. Cette valeur s'appelle la puissance nominale. C'est la puissance pour laquelle l'appareil est conçu quand il est branché sur le réseau, à deux cent trente volts en France.
Une bouilloire affiche souvent autour de deux mille watts, un sèche-cheveux mille cinq cents watts, une box internet une dizaine de watts, une ampoule LED cinq à dix watts. Connaître la puissance nominale est très utile : elle te permet de comparer les appareils et de calculer, grâce à la durée de fonctionnement, l'énergie qu'ils vont consommer. Un appareil de forte puissance qui tourne longtemps, comme un radiateur ou un chauffe-eau, est celui qui pèse le plus lourd sur la facture.
La puissance ne suffit pas pour connaître ce que consomme un appareil : il faut aussi la durée. L'énergie électrique, notée E, égale la puissance P multipliée par le temps de fonctionnement t. Ça s'écrit E égale P fois t.
Fais bien attention aux unités. Si tu prends la puissance P en watts et le temps t en secondes, l'énergie E est en joules, symbole J. Le joule est cependant une toute petite unité : une heure de radiateur représente déjà des millions de joules.
C'est pour ça que, sur la facture, on utilise le kilowattheure, noté kWh. Pour l'obtenir, on prend la puissance en kilowatts et le temps en heures. Un kilowatt vaut mille watts.
Par exemple, un radiateur de deux kilowatts allumé pendant trois heures consomme deux fois trois, soit six kilowattheures. Retiens la règle : E égale P fois t, mais surveille toujours les unités.
Voyons maintenant comment tout cela arrive sur ta facture. Le compteur de ta maison mesure l'énergie totale consommée, en kilowattheures. Le fournisseur multiplie ce nombre de kilowattheures par le prix d'un kilowattheure pour obtenir le montant à payer.
Le coût égale l'énergie en kilowattheures multipliée par le prix du kilowattheure. Par exemple, si tu consommes six kilowattheures à vingt centimes le kilowattheure, ça fait six fois zéro virgule vingt, soit un euro vingt. Parlons aussi de l'effet Joule : quand le courant traverse un appareil, une partie de l'énergie électrique se transforme en chaleur.
C'est voulu dans un radiateur ou une bouilloire, mais c'est une perte ailleurs. Enfin, les conversions. Comme un kilowatt vaut mille watts et une heure vaut trois mille six cents secondes, un kilowattheure vaut trois millions six cent mille joules.
Pour passer des watts aux kilowatts, on divise par mille ; pour passer des secondes aux heures, on divise par trois mille six cents.
12 des 32 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.