La puissance électrique : cours de 3e

Tu branches un sèche-cheveux et une petite lampe de chevet sur la même prise. Les deux utilisent de l'énergie électrique, mais pas de la même façon : le sèche-cheveux chauffe et souffle fort, la lampe éclaire doucement. Ce qui les distingue, ce n'est pas seulement l'énergie qu'ils consomment au total, c'est la vitesse à laquelle ils la consomment. Cette vitesse, c'est la puissance.

Dans ce cours, tu vas apprendre à définir la puissance, à connaître son unité, à la calculer à partir de la tension et de l'intensité, puis à relier puissance, énergie et durée. Ces notions prolongent ce que tu as vu sur l'énergie cinétique et sur l'énergie de position : l'énergie se transfère et se convertit d'une forme à une autre, et la puissance dit à quelle cadence ce transfert se produit.

Prenons une comparaison avec l'eau. Un robinet qui laisse couler beaucoup d'eau chaque seconde a un grand débit. De même, un appareil de grande puissance transfère beaucoup d'énergie chaque seconde. Quand deux systèmes effectuent le même travail, le plus puissant est celui qui y parvient le plus vite ⁵.

La puissance est notée P. C'est une grandeur qui ne s'oriente pas dans l'espace : un nombre et une unité suffisent à la décrire ⁵.

Cette définition est très utile : si un appareil a une puissance de 60 W, il transfère 60 joules chaque seconde. En deux secondes, il en transfère 120, et ainsi de suite.

Les puissances des appareils domestiques sont souvent grandes en watts. On utilise donc des multiples :

• le kilowatt (kW) : $1\ \text{kW} = 1\,000\ \text{W}$ ;
• le mégawatt (MW) : $1\ \text{MW} = 1\,000\,000\ \text{W}$.

Un radiateur de 1 500 W a donc une puissance de 1,5 kW.

Cette formule se lit aussi dans l'autre sens. Si tu connais la puissance et la tension, tu trouves l'intensité ; si tu connais la puissance et l'intensité, tu trouves la tension :

$I = \frac{P}{U} \qquad\text{et}\qquad U = \frac{P}{I}$

Prends le cas d'une ampoule : l'énergie électrique qu'elle reçoit ressort sous deux formes, lumineuse et thermique. Pour connaître sa puissance, on multiplie la tension appliquée à ses bornes par l'intensité du courant qui l'alimente ⁵.

Plus un appareil est puissant et plus il fonctionne longtemps, plus il transfère d'énergie. La puissance, l'énergie et la durée sont liées par une relation mathématique ³. Comme la puissance est une énergie divisée par une durée ⁵, on peut écrire :

Le kilowattheure est l'énergie transférée par un appareil de 1 kW qui fonctionne pendant 1 heure. On le retrouve sur les factures d'électricité, et il sert aussi à comparer la production d'énergie électrique des différentes filières en France ². Comme $1\ \text{kW} = 1\,000\ \text{W}$ et $1\ \text{h} = 3\,600\ \text{s}$ :

$1\ \text{kWh} = 1\,000 \times 3\,600 = 3\,600\,000\ \text{J}$

L'énergie électrique provient en général de générateurs, mais aussi de sources comme les batteries. Elle arrive chez les particuliers et les entreprises par un réseau électrique ⁴. Elle est ensuite utilisée pour produire du mouvement, de la lumière ou de la chaleur ⁴. Dans chaque cas, l'appareil convertit de l'énergie électrique en une autre forme d'énergie.

Les panneaux photovoltaïques fonctionnent dans l'autre sens : ils transforment l'énergie solaire en énergie électrique ¹. On peut alors parler de la puissance électrique produite par l'installation, c'est-à-dire de l'énergie électrique qu'elle fournit chaque seconde.

À chaque étape d'une chaîne d'énergie, on peut donc se poser deux questions distinctes : quelle forme d'énergie est transférée, et à quelle puissance.