Puissance reçue : \(P_{reçue} = U \cdot I\). Puissance utile : Puissance effectivement transformée en lumière. Pertes : Énergie transformée en chaleur.
- Calculer la puissance reçue : P_reçue = U·I
- Identifier la puissance utile (donnée ou à calculer)
- Calculer les pertes : P_perdue = P_reçue - P_utile
- Calculer le rendement : η = P_utile/P_reçue
\(P_{reçue} = U \cdot I = 230 \times 0.5 = 115\) W
La lampe fournit 60 W de lumière, donc \(P_{utile} = 60\) W
\(P_{perdue} = P_{reçue} - P_{utile} = 115 - 60 = 55\) W
\(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} = \frac{60}{115} = 0.52\) soit 52%
La lampe reçoit 115 W, fournit 60 W de lumière utile, perd 55 W par effet Joule, avec un rendement de 52%. Seulement la moitié de l'énergie est transformée en lumière.
• P_reçue = P_utile + P_perdue
• Rendement : \(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} \leq 1\)
• Les pertes : Se transforment souvent en chaleur (effet Joule)
Rendement : \(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}}\). Pour un chauffage, la puissance utile est la puissance thermique dégagée.
Puissance reçue : P_reçue = 1500 W
Rendement : η = 85% = 0.85
\(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} \Rightarrow P_{utile} = \eta \times P_{reçue}\)
\(P_{utile} = 0.85 \times 1500 = 1275\) W
\(P_{perdue} = P_{reçue} - P_{utile} = 1500 - 1275 = 225\) W
Le chauffage électrique dégage 1275 W de puissance thermique utile. Les 225 W restants sont perdus, généralement sous forme de chaleur rayonnée ou conduite.
• Chauffage : P_u = puissance thermique dégagée
• Moteur : P_u = puissance mécanique fournie
• Éclairage : P_u = puissance lumineuse émise
Moteur électrique : Convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. La puissance utile est la puissance mécanique fournie.
Puissance reçue : P_reçue = 2000 W (électrique)
Puissance utile : P_utile = 1800 W (mécanique)
\(P_{perdue} = P_{reçue} - P_{utile} = 2000 - 1800 = 200\) W
\(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} = \frac{1800}{2000} = 0.90\) soit 90%
Le moteur transforme 90% de l'énergie électrique en énergie mécanique, les 10% restants sont perdus.
Le rendement du moteur est de 90%, ce qui signifie qu'il transforme 90% de l'énergie électrique reçue en énergie mécanique utile. Les 200 W restants sont perdus principalement par effet Joule.
• Pertes Joule : Dans les bobinages (P = R·I²)
• Pertes magnétiques : Hystérésis et courants de Foucault
• Pertes mécaniques : Frottements et ventilation
Effet Joule : Production de chaleur dans un conducteur traversé par un courant électrique. La puissance perdue est \(P_J = R \cdot I^2\).
Résistance du conducteur : R = 10 Ω
Intensité du courant : I = 2 A
\(P_J = R \cdot I^2 = 10 \times 2^2\)
\(P_J = 10 \times 4 = 40\) W
Le conducteur dissipe 40 W d'énergie sous forme de chaleur par effet Joule.
Par la loi d'Ohm : U = R·I = 10 × 2 = 20 V
Vérification : P = U·I = 20 × 2 = 40 W ✓
La puissance perdue par effet Joule dans le conducteur est de 40 watts. Cette énergie est transformée en énergie thermique, ce qui provoque un échauffement du conducteur.
• P = R·I² (connaitre R et I)
• P = U²/R (connaitre U et R)
• P = U·I (connaitre U et I)
Panneau solaire : Convertit l'énergie lumineuse du soleil en énergie électrique. Rendement = énergie électrique utile / énergie lumineuse reçue.
\(P_{lumineuse} = I_{sol} \times S = 1000 \times 2 = 2000\) W
Le panneau fournit : P_utile = 250 W
\(\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} = \frac{250}{2000} = 0.125\) soit 12.5%
\(P_{perdue} = P_{reçue} - P_{utile} = 2000 - 250 = 1750\) W
Seulement 12.5% de l'énergie lumineuse est convertie en énergie électrique, le reste est perdu.
Le rendement du panneau solaire est de 12.5%. Sur les 2000 W d'énergie lumineuse reçue, seul 250 W sont transformés en énergie électrique utile, les 1750 W restants sont perdus.
• Température : Le rendement diminue avec la température
• Matériaux : Qualité des semi-conducteurs
• Conditions d'éclairement : Angle d'incidence, pollution
- Bilan de puissance : P_reçue = P_utile + P_perdue
- Rendement : η = P_utile/P_reçue
- Effet Joule : P_J = R·I² = U²/R = U·I
- Puissance reçue : P_reçue = U·I
- Puissance utile : Dépend de l'application (mécanique, thermique, lumineuse)
- L'énergie électrique peut se transformer en d'autres formes d'énergie
- Le rendement est toujours inférieur à 1 (ou 100%)
- Les pertes par effet Joule sont dues à la résistance des conducteurs
- La puissance utile dépend de l'application (lampe, moteur, chauffage...)
- Le bilan de puissance s'applique à tous les systèmes énergétiques
| Appareil | Énergie reçue | Énergie utile | Exemple de pertes |
|---|---|---|---|
| Lampe | Électrique | Lumineuse | Thermique (chaleur) |
| Moteur | Électrique | Mécanique | Thermique (Joule) |
| Chauffage | Électrique | Thermique | Rayonnement, convection |
| Panneau solaire | Lumineuse | Électrique | Thermique, réflexion |
