La puissance électrique

I. Définition de la puissance électrique

• Dans un circuit électrique, certains dipôles libèrent de l'énergie alors que d'autres la reçoivent. Pour quantifier cette énergie, on définit la puissance électrique P : c'est l'énergie reçue ou cédée par un dipôle par unité de temps. La puissance s'exprime en watt (W).

• Plus la puissance fournie à un dipôle récepteur est grande, plus le fonctionnement de ce dipôle est efficace. Exemple : si on fournit 5 W à une lampe, elle brillera davantage que si on lui fournit 4 W.

II. Lien entre puissance, intensité et tension

• La puissance électrique échangée par un dipôle, l'intensité qui le traverse et la tension à ses bornes sont liées par la relation : P = U × I.
P = puissance en watt (W).
U = tension en volt (V).
I = intensité en ampère (A).

• D'après la loi d'Ohm, on peut écrire les équivalences : P = R × I² et $P= \frac{U^{2}}{R}$

Exemple : comparaison de la luminosité des lampes dans deux cas de figure

U = U ₁ + U ₂
Si les lampes sont toutes identiques :
$U_{1}= U_{2}= \frac{U}{2}$
Les lampes brillent bien.

U = U ₁ +U ₂ + U ₃ + U ₄

Si les lampes sont toutes identiques :
$U_{1}= U_{2}= U_{3}= U_{4}= \frac{U}{4}$
Les lampes brillent peu.

• On remarque que les lampes brillent moins lorsque le nombre de dipôles du circuit augmente. D'après la loi d'unicité des intensités, les lampes sont toutes traversées par la même intensité I. Mais d'après la loi d'additivité des tensions, les dipôles doivent se « partager » la tension fournie par le générateur. Par conséquent, la puissance P = U × I disponible pour chaque dipôle sera d'autant plus faible que le nombre de dipôles sera élevé.

III. Lien entre puissance, énergie et temps

• La puissance électrique est égale à l'énergie électrique échangée (reçue ou cédée) par un dipôle par unité de temps : $P= \frac{E}{t}$
P = puissance en watt (W).
E = énergie en joule (J).
t = temps en seconde (s).

• On peut écrire l'équivalence :
E = P × t : l'énergie reçue (ou cédée) par un dipôle dépend de la puissance consommée (ou créée) par ce dipôle et de la durée de fonctionnement du dipôle. Exemple : on fait fonctionner pendant 15 minutes (soit 900 secondes) un sèche-cheveux de puissance 2 200 W. L'appareil va consommer l'énergie $\mathit{E = P \times t =}\mathrm{2 200 \times 900 \approx 2\times 10^{6}J}$ .

• Remarque : dans la vie courante, on parle de l'énergie électrique en termes de kilowattheure (kWh). C'est l'énergie consommée par un appareil de puissance 1 kW (1 000 W) pendant 1 h (3 600 s), soit E = 3,6 × 10⁶ J = 3,6 MJ (mégajoules).