📝 Fiche de révision — Énergie et phénomènes électriques

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⚡ Intensité et charges

• Porteurs : électrons dans les métaux, ions dans les solutions ; sens conventionnel du courant : de $+$ vers $-$ hors du générateur (électrons en sens inverse).
• $I = \dfrac{Q}{\Delta t}$ (A, C, s) ; $1$ A $= 1$ C·s⁻¹ ; nombre de porteurs $N = Q/e$, $e = 1{,}60 \times 10^{-19}$ C.
• Ex. : $0{,}50$ A pendant $120$ s : $Q = 60$ C, $N = 3{,}8 \times 10^{20}$ électrons.

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🔋 Source réelle de tension

Modèle : source idéale $E$ (force électromotrice, V) en série avec une résistance interne $r$ (Ω).

$U = E - r\,I$

• À vide : $U = E$. Court-circuit : $I_{cc} = E/r$.
• Caractéristique $U = f(I)$ : droite décroissante, ordonnée à l'origine $E$, pente $-r$.
• Conséquences : tension qui chute sous forte intensité, échauffement, batterie usée ($r$ grande).
• Mesure : rhéostat, voltmètre en parallèle, ampèremètre en série.

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🔌 Puissance et énergie

$P = U I \quad (\text{W}) \qquad E = P \Delta t \quad (\text{J}) \qquad 1 \text{ kWh} = 3{,}6 \times 10^6 \text{ J}$

Ordres de grandeur : LED $10$ W ; téléphone $15$ W ; ordinateur $50$ W ; bouilloire $2$ kW ; voiture électrique $100$ kW ; réacteur nucléaire $1$ GW.

Effet Joule (conducteur ohmique, $U = RI$) : $P_J = RI^2 = U^2/R$, énergie électrique $\to$ thermique. Utile (radiateur, fusible) ou subi (pertes en ligne, résistance interne).

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⚖️ Bilan de puissance et rendement

Source réelle débitant $I$ : $E I = r I^2 + U I$ (fournie = perdue dans $r$ + utile).

$\eta = \frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}} = \frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{reçue}}} \leqslant 1$

Ex. : pile $E = 4{,}5$ V, $r = 1{,}5$ Ω, $I = 1{,}0$ A : $EI = 4{,}5$ W, $rI^2 = 1{,}5$ W, $UI = 3{,}0$ W, $\eta = 0{,}67$. Rendements : incandescence $5\,\%$ ; LED $35\,\%$ ; moteur $90\,\%$ ; chauffe-eau $95\,\%$ ; panneau solaire $20\,\%$.

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⚠️ Pièges à éviter

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📌 À retenir

1. $I = Q/\Delta t$, $N = Q/e$.
2. $U = E - rI$, caractéristique droite, $I_{cc} = E/r$.
3. $P = UI$, $E = P\Delta t$, $1$ kWh $= 3{,}6$ MJ.
4. $P_J = RI^2$.
5. $EI = rI^2 + UI$ ; $\eta = P_{\text{utile}}/P_{\text{reçue}}$.