Loi de Joule

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La loi de Joule est une relation mathématique qui permet de calculer la puissance perdue par effet Joule lors du passage d’un courant électrique dans un conducteur dont la résistance n’est pas nulle. L'effet Joule est le résultat de la résistance que le conducteur oppose au passage du courant. Une partie de l’énergie électrique est transformée en énergie thermique (chaleur).

Expression de la Loi de Joule

• En régime de courant continu l'expression de la puissance transformée en chaleur par effet Joule s’écrit :

$P=R{I}^2$ avec :

• P en watts (W),
• R en ohms $(\mathrm{\Omega })$,
• i en ampères (A),

• En régime de courant périodique l'expression de la puissance peut se mettre sous la forme :

$P=R{I}_{eff}^2$ avec $I_{eff}$, la valeur efficace de l'intensité du courant.

• Si ce dipôle vérifie la loi d'Ohm, on peut écrire :

$P=U\cdot I$

$P=\frac{U^2}{R}$

avec $U$, la valeur efficace de la tension à ses bornes.

L'emploi de ces relations n'est pas toujours simple car, très souvent, la résistance du conducteur dépend de sa température. La puissance dissipée par effet Joule modifie la température qui modifie la résistance qui modifie la puissance dissipée par effet Joule.

Il est important de remarquer que la valeur de la puissance transformée grandit comme le carré de l'intensité du courant. Pour exemple, 2 fois plus en Ampères donne 2² = 2 x 2 = 4 fois en chaleur et 10 fois plus donne 10² = 10 x 10 = 100 fois plus en chaleur.

Pour une même intensité du courant, plus la résistance R du conducteur est importante, plus la puissance transformée est grande. Mais si la tension aux bornes de ce conducteur reste la même, le courant diminue à cause de la loi d'Ohm et, en réalité, la puissance diminue.

Expression l’énergie transformée en chaleur par effet Joules

Par définition, l’énergie thermique dégagée correspond à la puissance multipliée par la durée $\mathrm{\Delta }t$ pendant laquelle le courant traverse la résistance.

$E=P\cdot \mathrm{\Delta }t$,

Applications de l’effet Joule

Dans certains cas, il s'agit d'un effet recherché pour produire de la chaleur (radiateur électrique, chauffe-eau, grille-pain) ou de la lumière (lampe à incandescence). En effet, si cette température devient très importante, le conducteur cède également de l'énergie par émission de lumière visible, c’est le principe des lampes à incandescence

Les fusibles sont des dispositifs qui utilisent l'effet Joule pour faire fondre un conducteur qui a été choisi pour fondre avec une certaine valeur de l'intensité du courant électrique, afin de couper le circuit en cas de trop grande intensité (surintensité).

Inconvénients de l’effet Joule

Quand il n’est pas souhaité, l'effet Joule est responsable de pertes d'énergie, c'est le cas par exemple des pertes en ligne lors du transport du courant électrique que l'on cherche à limiter en augmentant la tension pour diminuer l'intensité du courant.

Beaucoup de circuits électroniques doivent être refroidis pour évacuer la chaleur produite par effet Joule, c’est pourquoi de nombreux appareils sont dotés de grilles d’aération et parfois même refroidis par des ventilateurs.

Sources

• http://phys.free.fr/loijoule.htm
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_joule

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