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

Résumé et Points Clés

Résumé : Transfert d’énergie et comportement global d’un circuit électrique

Ce cours traite du transfert d’énergie dans un circuit électrique en régime permanent, en distinguant le rôle des générateurs et des récepteurs.

I. Énergie électrique reçue par un récepteur

• Définition d’un récepteur : Dipôle qui reçoit de l’énergie électrique et la convertit en une autre forme (rayonnante, chimique, mécanique) en plus de l’énergie thermique. Exemples : lampe, électrolyseur, moteur.
• Loi de l’énergie reçue : W = U_AB . I . Δt (en joules, J). La puissance reçue est P = U_AB . I (en watts, W).
• Effet Joule : Phénomène de dissipation thermique lors du passage du courant. Pour un conducteur ohmique (résistance R), toute l’énergie reçue est convertie en chaleur : W = R . I² . Δt et P = R . I².

II. Énergie électrique fournie par un générateur

• Définition d’un générateur : Dipôle qui convertit une autre forme d’énergie (ex: chimique) en énergie électrique.
• Loi de l’énergie fournie : W = U_PN . I . Δt et P = U_PN . I.

III. Comportement global et bilans énergétiques

• Loi d’Ohm généralisée :
  • Pour un récepteur (ex: moteur) : U_AB = E’ + r’I (E’ : force contre-électromotrice).
  • Pour un générateur : U_PN = E – rI (E : force électromotrice).
• Bilan pour un récepteur : L’énergie reçue (W_r) se partage entre énergie utile (W_u = E’IΔt) et énergie thermique perdue par effet Joule (W_th = r’I²Δt). Son rendement est ρ = W_u/W_r = E’/(E’ + r’I).
• Bilan pour un générateur : L’énergie totale produite (W_g = EIΔt) se partage entre énergie utile fournie au circuit (W_ex = U_PNIΔt) et pertes thermiques internes (W_th = rI²Δt). Son rendement est ρ = W_ex/W_g = U_PN/E = 1 – (rI/E).
• Loi de Pouillet et bilan d’un circuit simple : Pour un circuit en série, l’intensité est I = (ΣE – ΣE’) / ΣR. Le bilan global s’écrit : Énergie totale du générateur = Énergie utile des récepteurs + Énergie thermique dissipée dans toutes les résistances.

Conseils pour l’examen : Maîtrisez les définitions (récepteur, générateur, effet Joule), les conventions de signe pour les tensions, et les formules des énergies et puissances. Entraînez-vous à appliquer la loi d’Ohm généralisée et à établir les bilans énergétiques complets en identifiant les termes utiles et les pertes. N’oubliez pas les unités (J, W, V, A, Ω, s) et la conversion 1 kWh = 3,6 MJ.