Bilan énergétique et rendement d'un circuit

Effet Joule

Tout conducteur ohmique transforme l'énergie électrique en énergie thermique (chaleur). C'est l'effet Joule.

$$ Q = R I^2 \Delta t $$

Applications utiles

• Chauffage électrique, grille-pain, sèche-cheveux
• Lampes à incandescence

Applications indésirables

• Échauffement des câbles électriques → pertes d'énergie
• Nécessité de refroidir les composants électroniques

Bilan énergétique d'un circuit

Générateur

Un générateur fournit de l'énergie au circuit. Sa puissance utile :

$$ P_{utile} = U_{borne} \times I $$

Sa puissance totale inclut les pertes internes :

$$ P_{totale} = (U_{borne} + r \times I) \times I = \varepsilon \times I $$

où $\varepsilon$ est la force électromotrice et $r$ la résistance interne.

Récepteur

Un récepteur reçoit l'énergie du circuit et la convertit (mouvement, lumière, chaleur…).

Rendement

Le rendement $\eta$ d'un convertisseur d'énergie :

$$ \eta = \frac{P_{utile}}{P_{totale}} = \frac{E_{utile}}{E_{totale}} $$

• $0 \leq \eta \leq 1$ (souvent exprimé en %)
• $\eta = 1$ : conversion idéale (impossible en pratique)

Exemple : un moteur électrique reçoit $$ P_{utile} = U_{borne} \times I $$0 W et fournit $$ P_{utile} = U_{borne} \times I $$1 W :
$$ \eta = \frac{400}{500} = 0{,}80 = 80\% $$

Les $$ P_{utile} = U_{borne} \times I $$2 W de pertes sont dissipés par effet Joule.