Une pile, un panneau solaire ou une batterie fournissent de l’énergie électrique que des récepteurs convertissent en lumière, en mouvement ou en chaleur. On apprend ici à modéliser une source réelle et à faire des bilans de puissance et d’énergie.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Relier l’intensité d’un courant au débit de charges électriques
- Utiliser le modèle d’une source réelle de tension U = E − rI
- Calculer une puissance, une énergie électrique et l’effet Joule
- Calculer le rendement d’un convertisseur
1. Courant électrique et intensité
- Dans les métaux, les porteurs de charge sont les électrons ; dans les solutions, ce sont les ions.
- L’intensité est le débit de charges : I = , avec I en ampères (A), Q en coulombs (C), Δt en secondes.
- La charge élémentaire vaut e = 1,602 176 634 × 10−19 C (valeur exacte).
2. Modèle d’une source réelle de tension
U = E − r × I
La caractéristique U = f(I) d’une pile est une droite décroissante : d’ordonnée à l’origine E et de coefficient directeur −r. Une source idéale aurait r = 0.
Pile de tension à vide 4,5 V
- E = 4,5 V ; r = 1,5 Ω ; I = 0,20 A
- U = 4,5 − 1,5 × 0,20 = 4,2 V
La tension aux bornes de la pile diminue quand elle débite du courant.
3. Puissance, énergie et effet Joule
P = U × I et E = P × Δt
- Effet Joule : un conducteur ohmique de résistance R dissipe la puissance PJ = R × I2 sous forme thermique.
- Bilan pour une source réelle : la puissance produite E × I se répartit en puissance fournie au circuit U × I et en pertes par effet Joule r × I2.
- 1 kWh = 1 000 W × 3 600 s = 3,6 × 106 J.
Rendement d’un convertisseur : η = = , toujours inférieur à 1 à cause des pertes (souvent thermiques).
À retenir
- I = ; porteurs : électrons dans les métaux, ions dans les solutions.
- Source réelle : U = E − rI.
- P = UI ; E = PΔt ; effet Joule PJ = RI2.
- Rendement η = < 1.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.