Transfert d’énergie dans un circuit électrique – Comportement global d’un circuit électrique – Exercices

Résumé et Points Clés

Transfert d’énergie dans un circuit électrique – Comportement global

Ce chapitre étudie le bilan énergétique dans les circuits électriques, en distinguant les générateurs (qui fournissent de l’énergie) des récepteurs (qui la consomment). Les exercices permettent d’appliquer les lois fondamentales et de calculer les puissances et énergies mises en jeu.

Concepts et définitions clés :

• Pour un générateur (f.é.m. E, résistance interne r) : La tension à ses bornes est donnée par U = E – rI. La puissance totale produite est P_G = E.I. Une partie est dissipée par effet Joule à l’intérieur (P_J = r.I²). La puissance utile délivrée au circuit extérieur est P_e = U.I = P_G – P_J.
• Pour un récepteur (comme un moteur ou un électrolyseur de f.c.é.m. E’) : La tension à ses bornes est U = E’ + r’I. La puissance reçue est P_reçue = U.I. La puissance utile (mécanique ou chimique) est P_u = E’.I. Le reste est perdu en chaleur (effet Joule).
• Le rendement (ρ) mesure l’efficacité de la conversion d’énergie. Pour un générateur : ρ = U/E. Pour un récepteur comme un moteur : ρ = E’/U. Pour un circuit complet, le rendement global est le produit des rendements de chaque élément.

Méthodes et astuces pour les exercices :

• Identifier clairement la nature de chaque dipôle (générateur, récepteur, résistance).
• Appliquer systématiquement la loi d’additivité des tensions (loi des mailles) et la loi de Pouillet pour trouver l’intensité dans un circuit série.
• Pour les calculs d’énergie (en Joules), utiliser W = P . Δt, en veillant à convertir le temps en secondes.
• Faire un bilan de puissance : Puissance totale générée = Somme des puissances consommées (utiles + pertes Joule).
• Le rendement d’un moteur augmente lorsque l’intensité du courant qui le traverse diminue (car la chute de tension r’I est plus faible).