III. Energie électrique et chaleur.

1. Comment transformer l'énergie électrique en chaleur ?

a) Exemples de convertisseurs.

Tout appareil électrique d'usage courant, en fonctionnement, s'échauffe !

Dans certains cas, cet échauffement n'est pas souhaité ( moteurs électriques par exemple ).

D'autres appareils sont particulièrement destinés à la production de chaleur; ils sont caractérisés par leur résistance électrique et se nomment conducteurs ohmiques. On peut citer :

- les radiateurs électriques dans les appartements,

- les plaques électriques de cuisson,

- les fers à repasser...

L'effet thermique accompagnant le passage du courant électrique dans un conducteur ohmique, s'appelle l'effet Joule.

 b) La loi de Joule.

D'après la loi d'Ohm, la tension aux bornes d'un conducteur ohmique de résistance R, parcouru par un courant d'intensité I, a pour expression: U = R.I .

Par suite, les expressions générales de la puissance électrique et de l'énergie électrique reçue deviennent dans le cas d'un conducteur ohmique :       P = U.I = R.I²    et      E = P.t = R.I².t .

La totalité de l'énergie électrique reçue par le conducteur ohmique est transférée à l'environnement sous forme de chaleur.

E = Q             E : énergie électrique reçue ( en J ) ;  Q : chaleur dégagée (  en J ).

Q = R.I².t        R : résistance ( en ) ; I : intensité ( en A ) ; t : durée de passage du courant ( en s ).

Q : chaleur dégagée ( en J ) ;

Cette transformation est totale ( Q = E ) : le rendement est donc de 100% , soit excellent.

2. Et la transformation inverse ?

La transformation de la chaleur en énergie électrique nécessite un dispositif complexe comprenant deux types de convertisseurs; elle est réalisée dans les centrales thermiques.

On peut constater une perte d'énergie sous forme de chaleur lors de chaque transformation.

Le rendement global est donc mauvais, de l'ordre de 30% au plus.

En conclusion.

Energie électrique et énergie mécanique peuvent être transformées totalement en chaleur.

Les transformations inverses sont, en revanche, limitées.

Cette comparaison nous conduit à admettre que la chaleur est une forme dégradée d'énergie.