Électrocinétique
Travail, puissance et effet Joule
Travail, loi d’Ohm, puissance électrique et rendement

9 exercices sur l’effet Joule, la puissance électrique et le rendement.

Article mis en ligne le 25 avril 2008
dernière modification le 28 avril 2008

par Bernard Vuilleumier

Extrait de l’ouvrage Électricité, de J.-A. Monard, Bienne 1976.

Effet Joule
Le passage d’un courant dans un conducteur produit un dégagement de chaleur. On donne à celui-ci le nom d’effet Joule. Le travail effectué par le champ électrique lors du déplacement d’une charge q est égal au produit de la charge par la tension relative au chemin qu’elle parcourt.

A = q U

Le champ transporte une charge It le long d’un chemin entre les extrémités duquel il y a une tension U = RI. Calculons l’énergie dégagée pendant un temps t dans une résistance R traversée par un courant I :

A = U I t = R I2 t

Ce travail correspond à une apparition d’énergie cinétique des particules, c’est-à-dire à une apparition d’énergie thermique. Il y a simultanément disparition d’énergie électrique.


Exercice 1
Un radiateur électrique porte les indications suivantes : 220 V, 1200 W. Quelle est sa résistance ?

- Rép. 40.3 Ω


Exercice 2
Un générateur a une tension électromotrice de 6 V et une résistance interne de 2 Ω. Quel est le courant maximum qu’il peut débiter ? On le branche sur une résistance de 10 Ω. Quelle est la chaleur dégagée en 1 minute dans cette résistance ?

- Rép. 3 A, 150 J.


Exercice 3
On a deux petites lampes électriques sur lesquelles il est écrit 8 V, 1W. On dispose d’un accumulateur de 20 V dont la résistance intérieure est négligeable. On monte en série ces deux lampes, une résistance R et la source de courant. Calculez la valeur de R pour que les lampes fonctionnent normalement. Que vaut le rendement du système ?

- Rép. 32 Ω, 80 %.


Exercice 4
Une plaque chauffante consomme 2400 W. Elle est branchée sur le réseau. Quelle est sa résistance ? Combien de temps met-elle pour amener 10 litres d’eau de 10 à 100 °C si les pertes sont négligeables ?

- Rép. 20.17 Ω, 1571 s.


Exercice 5
La capacité calorifique d’un fer à repasser est de 200 cal/°C. Son corps de chauffe a une résistance de 60 Ω. On suppose qu’il n’y a pas de perte de chaleur. Durant combien de temps ce fer doit-il être branché sur une tension de 220 V pour passer de 20 à 130 °C ? Comment ce temps est-il modifié si le fer est branché sur une tension de 110 V ?

- Rép. 114 s, 457 s.


Exercice 6
Un chauffe eau est alimenté par le réseau. Il chauffe 120 litres d’eau de 10 à 90 °C en 6 heures. Que vaut la résistance du corps de chauffe ? Quel est le courant qui le traverse ?

- Rép. 26 Ω, 8.46 A.


Exercice 7
On branche un générateur dont la tension électromotrice vaut U et la résistance interne r sur une résistance extérieure R qu’on fait varier. Calculez la puissance dissipée dans la résistance extérieure en fonction de U, r et R. Quelle doit être la valeur de la résistance extérieure R pour que la puissance qui s’y dégage soit maximale ?

- Rép. R = r.


Exercice 8
Un moteur est branché sur le réseau. Il est traversé par un courant de 3.5 A et il fournit une puissance mécanique de 1 CV. Calculez la tension contre-électromotrice, la résistance interne et le rendement du moteur. Que vaudrait le courant qui traverserait le moteur si on le bloquait et que la tension à ses bornes demeurait égale à 220 V ?

- Rép. 210 V, 2.86 Ω, 95 %, 77 A.


Exercice 9
On maintient constante et égale à 30 V la tension aux bornes d’un moteur. La résistance du bobinage vaut 5 Ω. En régime normal, le courant traversant le moteur vaut 1 A. Quelle est la tension contre-électromotrice et la puissance mécanique ? Que vaut le rendement du moteur ?

- Rép. 25 V, 25 W, 83 %.