Comment suivre l’énergie dans un circuit électrique réel ?

1. Que mesure réellement l’intensité d’un courant continu ?

L’intensité mesure le débit de charge électrique à travers une section du conducteur : $\text{I=}\frac{\text{|ΔQ|}}{\text{Δt}}$. Une intensité de $\text{2,0 A}$ signifie qu’une charge de $\text{2,0 C}$ traverse la section chaque seconde. Avec des porteurs de charge de valeur élémentaire $\text{e=1,60×}{10}^{\mathrm{-19}}\text{C}$, le nombre de porteurs traversant pendant une durée donnée vaut $\text{N=}\frac{\text{|ΔQ|}}{e}\text{=}\frac{\text{IΔt}}{e}$.

Dans un métal, les électrons se déplacent en sens opposé au courant conventionnel. L’intensité ne mesure ni la vitesse individuelle des électrons ni une quantité d’énergie. L’ampère est un coulomb par seconde : $\text{1 A=1 C·}{s}^{\mathrm{-1}}$.

2. Comment mesurer tension et intensité sans modifier dangereusement le circuit ?

Un ampèremètre mesure le courant qui le traverse : il se branche en série et possède une faible résistance interne. Un voltmètre compare les potentiels de deux points : il se branche en dérivation aux bornes du dipôle et possède une grande résistance interne. Un multimètre n’est correct que si la fonction, les bornes et le calibre sont choisis pour la grandeur mesurée.

Avant d’alimenter le montage, on ouvre le circuit, on contrôle les polarités et on commence par le calibre le plus élevé. Brancher directement un ampèremètre aux bornes d’une source crée presque un court-circuit ; l’intensité peut devenir très élevée et provoquer échauffement ou détérioration.

3. Pourquoi la tension d’une source réelle diminue-t-elle quand elle débite ?

Une source réelle de tension continue peut être modélisée par une source idéale de tension $E$ en série avec une résistance interne $r$. En convention générateur, sa caractéristique est $\text{U=E−rI}$. L’ordonnée à l’origine donne la tension à vide $E$ ; la pente vaut $\text{−r}$.

Pour $\text{E=4,5 V}$ et $\text{r=1,0 Ω}$, un courant $\text{I=0,80 A}$ conduit à $\text{U=3,7 V}$. La puissance idéale $\text{EI}$ se partage entre puissance disponible aux bornes $\text{UI}$ et perte interne $\text{r}{I}^2$. Lorsque le courant augmente, la chute de tension et l’échauffement augmentent ; le modèle explique pourquoi une pile réelle ne se comporte pas comme une tension parfaitement constante.

4. Comment distinguer puissance, énergie et durée ?

Dans un régime continu, la puissance électrique échangée par un dipôle s’écrit $\text{P=UI}$. Le watt mesure un débit d’énergie : $\text{1 W=1 J·}{s}^{\mathrm{-1}}$. Sur une durée $\text{Δt}$, l’énergie transférée est $\text{E=PΔt=UIΔt}$. Il faut utiliser des unités cohérentes : watts avec secondes donnent des joules ; watts avec heures donnent des wattheures.

Ainsi $\text{1 kWh=1000 W×3600 s=3,6×}{10}^6\text{J}$. Un appareil de $\text{2,0 kW}$ utilisé pendant $\text{3,0 min}$ transfère $\text{E=2000×180=3,6×}{10}^5\text{J=0,10 kWh}$. La puissance indique la rapidité du transfert, pas la quantité totale consommée sans durée.

5. Comment fermer le bilan de puissance d’un circuit ?

On choisit le système et une convention de signe, puis on identifie les dipôles qui fournissent et ceux qui reçoivent de la puissance. En régime continu établi, la puissance totale fournie au circuit est égale à la puissance reçue par ses dipôles : $\Sigma P_{\text{fournie}}\text{=Σ}{P}_{\text{reçue}}$. L’énergie n’est pas consommée au sens de disparaitre ; elle est transférée et convertie.

Exemple : une source idéale fournit $\text{6,0 W}$. Une lampe reçoit $\text{4,2 W}$ et un conducteur ohmique $\text{1,8 W}$ ; le bilan ferme à $\text{6,0 W}$. Pour une source réelle, il faut inclure sa résistance interne dans le système ou compter sa perte thermique séparément, sans la faire disparaitre du bilan.

6. Quand l’effet Joule est-il utile, et quand devient-il une perte ?

Un conducteur ohmique convertit la puissance électrique reçue en puissance thermique. Avec $\text{U=RI}$ et $\text{P=UI}$, on obtient $P_{\text{J}}\text{=R}{I}^2\text{=}\frac{U^2}{R}$. Ces deux dernières formes sont réservées au dipôle ohmique ; la relation générale $\text{P=UI}$ reste le point de départ.

Dans une bouilloire ou un radiateur, l’échauffement est la conversion recherchée. Dans les fils, une batterie ou un moteur, il réduit souvent la puissance utile. À courant fixé, doubler la résistance double $P_{\text{J}}$ ; à résistance fixée, doubler le courant multiplie $P_{\text{J}}$ par quatre. La condition imposée doit donc être annoncée avant toute comparaison.

7. Que compare exactement le rendement d’un convertisseur ?

Pour un convertisseur défini, le rendement est $\text{η=}\frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}}$ en régime stable, ou $\text{η=}\frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{reçue}}}$ sur une même durée. Il est sans unité et souvent exprimé en pourcentage. La puissance utile dépend de la fonction choisie : lumière pour une lampe, puissance mécanique pour un moteur, puissance électrique pour une cellule photovoltaïque.

Si un moteur reçoit $\text{120 W}$ et fournit $\text{90 W}$ mécaniques, $\text{η=}\frac{90}{120}\text{=0,75=75 \%}$ ; les $\text{30 W}$ restants sont convertis autrement, notamment en chaleur et en son. Un rendement mesuré supérieur à 100 % révèle un périmètre, une mesure, une unité ou un régime incohérent, pas un gain d’énergie.

8. Une batterie peut-elle alimenter n’importe quel appareil assez longtemps ?

La faisabilité exige plusieurs contrôles indépendants : tension compatible, courant admissible, puissance disponible, énergie stockée et rendement de la chaine. Une batterie de $\text{12 V}$ et $\text{10 Ah}$ possède une énergie nominale approximative $\text{E=UQ=12×10=120 Wh}$ si la tension est considérée constante pour cette estimation.

Avec $\text{85 \%}$ de rendement, elle peut livrer environ $\text{102 Wh}$ utiles. Une lampe de $\text{6 W}$ peut alors fonctionner près de $\text{17 h}$, tandis qu’une bouilloire de $\text{150 W}$ demanderait idéalement environ $\text{41 min}$ au total, si la batterie accepte cette puissance. La seule capacité en ampèreheure ne suffit pas : elle mesure une charge, pas directement une énergie sans tension.

Erreurs fréquentes

L'essentiel à mémoriser

• L’intensité est un débit de charges en coulombs par seconde.
• Dans un métal, électrons et courant conventionnel ont des sens opposés.
• Une source réelle associe tension idéale et résistance interne.
• La puissance électrique en continu est le produit de la tension par l’intensité.
• L’énergie est la puissance multipliée par la durée.
• Un bilan attribue toute la puissance fournie aux sorties utiles et aux pertes.
• L’effet Joule varie comme le carré du courant dans un conducteur ohmique.
• Le rendement compare une sortie utile à l’entrée correspondante.

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Sources et traçabilité

Dernière vérification : 2026-08-12

1. Programme de spécialité de physique-chimie de Première générale, Bulletin officiel de l’Éducation nationale, consulté le 2026-08-12.
2. Annexe — Programme de physique-chimie de Première générale, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
3. Aspects énergétiques des phénomènes électriques, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
4. Programmes et ressources en physique-chimie — voie générale et technologique, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
5. Le Système international d’unités — 9e édition, Bureau international des poids et mesures, consulté le 2026-08-12.
6. Prévention du risque électrique, Institut national de recherche et de sécurité, consulté le 2026-08-12.