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Les conversions d'énergie

Energie électrique -> énergie thermique

L'effet Joule

La conversion d’énergie électrique en énergie thermique est l’effet Joule (du nom de celui qui l’a mis en évidence, James Prescott Joule).

L’énergie électrique est, rappelons-le, constituée par le déplacement des électrons dans un milieu conducteur (souvent, un métal). Durant leur déplacement, les électrons sont confrontés à la résistance du milieu dans lequel ils évoluent. Plus vulgairement, on pourrait dire qu’ils frottent dans le milieu. Cette résistance va entrainer un échauffement du milieu, et ainsi provoquer un dégagement de chaleur. Le phénomène est particulièrement utilisé dans les résistances. Nous en voyons différents types sur la photo suivante :

Pour déterminer l’énergie dissipée par effet Joule, il faut commencer par calculer la puissance  P dégagée (en Watt, W). Elle est définie par :

P = R x I²

Où R est la résistance du milieu (en Ohm, Ω), et I l’intensité du courant qui y circule (en Ampères, A). Si l’on ne connait pas cette intensité, on peut la déterminer grâce à la tension U (en Volt, V) aux bornes du conducteur.

U = R x I -> I = U/R

D’où :

P = U²/R

Plaçons-nous dans l’exemple d’une résistance de 100Ω, alimentée par une tension de 12 V. Le calcul de puissance donne alors :

P = 12²/100
P = 1.44 W

Cette résistance dégagera donc 1.44 W. Si l’on souhaite connaitre la quantité d’énergie E (en Joules, J) convertie pendant un laps de temps, par exemple une heure, il suffit de multiplier la puissance P par la durée t (en seconde).

E = P x t
E = 1.44 x 3600
E = 5184 J

En une heure, la résistance convertira 5184 J. C’est équivalent à 5184/4.18 = 1238 calories (voir article "unités d'énergie"). Cela correspond à l’énergie nécessaire pour réchauffer 1238 g d’eau (ou 1.238 kg) de 1°C. Ou encore 12.38 g d’eau de 100°C.

     

      Energie chimique -> Energie rayonnante
      Energie chimique -> Energie mécanique
      Energie chimique -> Energie électrique
         L'oxydo-réduction
    
 Energie chimique -> Energie thermique
         La combustion

      Energie mécanique -> Energie thermique
         Les frottements
      Energie mécanique -> Energie chimique
      Energie mécanique -> Energie hydraulique
         Le pompage
      Energie mécanique -> Energie électrique

      Energie électrique -> Energie thermique
         L'effet Joule
      Energie électrique -> Energie chimique
      Energie électrique -> Energie rayonnante
      Energie électrique -> Energie mécanique

      Energie thermique -> Energie électrique
         L'effet Seebeck
         La turbine à vapeur et l'alternateur (indirect)
      Energie thermique -> Energie chimique
      Energie thermique -> Energie rayonnante
         Incandescence
         Rayonnement infrarouge
      Energie thermique -> Energie mécanique

      Energie rayonnante -> Energie électrique
         L'effet photovoltaïque
      Energie rayonnante -> Energie chimique
      Energie rayonnante -> Energie thermique
         L'absorption

      Energie hydraulique -> Energie mécanique

      Energie nucléaire -> Energie thermique

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