Production et utilisation efficace de l’énergie électrique

Exploitation de la relation entre puissance, énergie et durée.

Pour mesurer la puissance électrique reçue par un dipôle (ex une lampe), il faut connaître la tension aux bornes de la lampe et l’intensité la traversant. Il suffit ensuite d’utiliser la formule :

$P=U \times I$

Avec :

• U la tension en Volts (V)
• I l’intensité en Ampères (A)
• P la puissance en Watts (W)

Pour connaître l’énergie électrique reçue par le dipôle (ex une lampe), il faut connaître la puissance reçue et le temps d’utilisation, puis utiliser la formule :

$E=P \times t$

Avec :

• E, énergie en joule (J) ;
• P, puissance en watt (W) ;
• t, durée en seconde (s).

Souvent, l’énergie n’est pas exprimée dans les unités du système international, mais en wattheures (Wh) ou kilowattheures (kWh).

Si t est exprimée en heure (h), l’énergie s’exprime en wattheure (Wh).

Il est possible de remplacer P par son expression. On obtient alors :

$E=U x \mid x t$

Calcul d’une énergie dissipée par effet Joule en courant continu et en courant alternatif (la relation étant dans ce cas fournie).

Dans le cas d’un courant continu, l’énergie dissipée par effet joule est en fonction de la résistance du circuit. Nous avons : $E_{\text {dissipée }}=R \times I^2 \times t$

Dans le cas d’un courant alternatif, l’énergie dissipée par effet joule est en fonction de la résistance du circuit. Nous avons : $E_{\text {dissipée }}=0,5 \times R \times I_{\max }{ }^2 \times t$

Avec E en Joules (J), R en Ohm (Ω), I en Ampère (A) et t en secondes (s).

La puissance peut être mesurée par un Wattmètre et l’énergie peut être mesurée par un Joule mètre.

Analyse des échanges d’énergie dans un circuit électrique.

L’énergie E se mesure en Joules. Nous la retrouvons sous plusieurs formes :

• Energie Rayonnante (Lumineuse)
• Energie Chimique (provenant des combustions ou tout autre réaction chimique)
• Energie électrique
• Energie nucléaire
• Energie Mécanique (provenant du mouvement d’un objet et de sa position en hauteur)
• Energie thermique (sous forme de chaleur)

Les circuits électriques convertissent une forme d’énergie qui lui est fournie pour la restituer sous une autre forme.

Exemple d’un moteur électrique :

Rendement

Le rendement d’un système correspond à son efficacité. Il peut se calculer de la manière suivante : $\eta=\displaystyle \frac{P_{\text {restituée }}}{P_{\text {consommée }}}$

Représentation par un schéma simplifié d’un réseau de distribution d’énergie électrique à l’échelle d’un pays ou d’une installation domestique.

L’énergie électrique, à l’échelle d’un pays est transportée sous haute tension. Il en existe 2 sortes :

• HTA (Haute Tension A) :
• 1000V < U <= 50 000 V en alternatif
• 1500 V < U < 75 000 V en continu
• HTB (Haute Tension B) :
• U > 50 000 V en alternatif
• U > 75 000 V en continu

Voici un schéma simplifié d’un réseau de distribution :

Un transformateur est un dispositif électrique dont le rôle est de modifier la valeur d’une tension électrique alternative sinusoïdale :

• Soit en l’augmentant : transformateur élévateur ;
• Soit en la diminuant : transformateur abaisseur.

Dans le réseau de distribution de l’électricité, on utilise des transformateurs élévateurs en sortie de production pour que le transport de l’électricité s’effectue à très haute tension : cela réduit les pertes en lignes. Ensuite, des transformateurs abaisseurs permettent de diminuer la tension pour la rendre exploitable dans les foyers et les entreprises.

Le courant électrique est transporté sur de longues distances en très haute tension pour la raison suivante : plus la tension augmente, moins il y a de perte d’énergie sous forme d’effet Joule (échauffements).