La loi de joule relative Ó l'Únergie

La loi de Joule décrit le phénomène appelé l'effet Joule : l'énergie calorifique E (en joule) dégagée par un conducteur électrique de résistance R (en ohm)  traversé par un courant d'intensité I (enampère) pendant un temps t (en seconde) est donnée par la relation suivante :

E = R x I² x t

L'énergie calorifique (ou chaleur) E dépend donc de 3 facteurs :

  • L'intensité I du courant (le facteur le plus important puisqu'il est au carré)
  • Le temps t pendant lequel circule le courant
  • La résistance R du conducteur
Tentons de comprendre pourquoi l'énergie dépend de ces 3 facteurs
Pour le comprendre, reprenons l'analogie vue sur la page précédente : les particules (ce sont des atomes ou des molécules) du matériau dans lequel circule le courant sont des boules situées aux intersections des mailles d'un filet tendu; si on jette sur ce filet un seau de petites billes (elles représentent les électrons), beaucoup d'entre elles vont passer entre les mailles du filet ; cependant certaines vont tomber sur les boules et faire vibrer tout le filet c'est à dire toutes les boules. Or plus les boules vibrent plus la température augmente (voir l'effet joule).
Dans quel le cas le filet vibrera-t-il le plus ?
  • Plus le nombre des billes est grand plus le filet et les boules vibrent . Pour le courant c'est identique : plus le nombre d'électrons pendant un temps donné (c'est à dire l'intensité du courant ) qui traverse le matériau est important, plus ses particules qui le constituent vont vibrer et, par conséquent, la température va augmenter. Comme il s'agit dans cette relation du carré de l'intensité l'énergie calorifique augmentera très rapidement avec l'intensité du courant.
    Plus l'intensité du courant augmente, plus l'énergie calorifique E dégagée est grande.
  • Plus le temps durant lequel tombe les billes est long, plus le filet va vibrer longtemps. Pour le courant c'est identique  : plus le courant traverse longtemps le circuit, plus longtemps les atomes vont vibrer et la température augmenter.
    Plus le temps t pendant lequel le courant traverse le circuit augmente, plus l'énergie E calorifique dégagée est grande.
  • Plus les mailles du filet sont petites, plus les petites billes vont heurter fréquemment les boules, celles-ci offrant donc une plus grande résistance au passage des billes; lorsque les atomes des matériaux possédent une grande résistance au passage du courant, ceux-ci vont vibrer davantage que pour des matériaux de résistance faible : l'énergie calorifique dégagée sera donc plus grande
    Plus la résistance R du matériau est importante, plus l'énergie calorifique E dégagée est grande.

Cette loi a des conséquences très pratiques:

  • lorsque se produit un court-circuit dans un circuit, l'intensité y augmente fortement. Comme l'énergie calorifique dépend de l'intensité au carré, on comprend aisément que cette énergie dégagée puisse provoquer des incendies.
  • lorsque le corps humain est traversé par un courant électrique, les effets seront plus dangereux si l'intensité est grande mais aussi si le temps pendant lequel le corps est traversé par le courant est grand.
 
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