Pratique : Notions d'électricité
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Pratique : Notions d'électricité

Pratique : Notions d'électricité

Voici un petit cours d'électricité pour se rappeler les notions de base du courant électrique. Nous ne pouvons ni voir ni toucher le courant électrique, mais seulement observer le résultat qu'il produit. On comprendra mieux ce courant électrique en utilisant un exemple: celui du moulin à eau avec lequel on peut retrouver les lois de l'électricité (loi d'ohm, énergie, travail électrique, ...).

Puissance électrique (VxA=W)

La hauteur d'eau dans le lac de retenue correspond à la tension électrique, elle se mesure en Volt (V). La quantité d'eau qui s'écoule, par seconde, au pied de la digue (retenue) est comparable avec l'intensité du courant. Elle se mesure en Ampère (A). Le produit de la tension par l'intensité du courant donne la puissance électrique. Elle se mesure en Watt (W).Plus la hauteur d'eau dans le lac est importante, plus il y a de force dans le courant qui s'écoule. Ce qui se répercute en appliquant plus de force sur la roue du moulin et augmente ainsi sa puissance. De cette façon, la quantité d'eau est décisive pour la puissance de la turbine (roue du moulin).

Ces relations peuvent s'écrire comme suit :
- La pression d'eau x la quantité d'eau par seconde = Puissance de la roue
- tension x intensité du courant = Puissance électrique
- Volts x Ampères = Watts
- V x A = W

De la même façon, on peut écrire :
- Volts = Watts / Ampères (V=W/A)
- Ampères = Watts / Volts (A=W/V)

La loi d'Ohm (Ω)

Quand le niveau d'eau est élevé, la pression sur la turbine est forte. Il n'est pas nécessaire d'ouvrir la vanne beaucoup pour que la turbine puisse tourner. A l'inverse, quand le niveau est bas, il est nécessaire d'ouvrir la vanne beaucoup plus pour que la turbine tourne en produisant la même force.
L'ouverture de la vanne correspond à la résistance électrique (inversement proportionnel, plus la vanne est ouverte, plus la résistance est faible). Elle se mesure en Ohms (Ω). La quantité de l'eau qui sort à travers la vanne par seconde (A) , est le résultat du niveau d'eau (V) combiné avec le diamètre de la vanne (Ω).

On obtient les équations suivantes :
- Quantité d'eau par seconde = Pression d'eau / Diamètre de la vanne
- Intensité du courant = Tension / Résistance
- Ampères = Volts / Ohms
- A = V / Ω

Les équations suivantes en découlent:
- Volts = Ampères x Ohms (V = A x Ω)
- Ohms = Volts / Ampères (Ω = V / A)


TABLEAU RECAPITULATIF

Volts (V) = Ω x A W / A √ ( Ω x W )
Ampères (A) = V / Ω W / V √ ( W / Ω )
Watts (W) = V x A V² / Ω Ω x A²
Ohms (Ω) = V / A V² /W W / A²


Voici quelques exemples pratiques :
- Pour savoir combien de watts sont consommés par un ordinateur portable qui a un courant de 3,5 ampères et une tension de 19V, il suffit de calculer 3,5A x 19V = 66,5W
- Un panneau solaire qui produit 16,5V avec un courant de 1,5A, fournit 16,5Vx1,5A=24,75W
- Une ampoule de 20W avec une batterie de 12V nécessite un courant de 20W/12V=1,66A
- Une radio de 5W qui dispose d'une batterie de 12V, consomme 5W/12V=0,416A ou 416 mA
- Un fer à souder 12V d'une puissance de 30W: son courant est de 30W/12V= 2,5A et sa résistance de 12V/2,5A=4,8 ohms

Capacité : Ampères-heure (Ah)

Dans notre modèle, il s'agit du volume du lac. Pour savoir combien de temps va fonctionner un appareil jusqu'à ce que la batterie se vide, il faut connaître l'intensité (A) du courant consommé par l'appareil et le temps (h) nécessaire pour vider la batterie. La capacité d'un accumulateur se représente en Ampères par heure (Ah), avec les petites batteries on utilise les milliampères par heure (mAh).

- Une batterie de camion qui a une capacité de 100 Ah, pourra faire fonctionner en théorie* un outil pendant 100 heures avec un courant de 1A, ou pendant 1 heure avec un courant de 100 ampères.
- Pendant combien de temps fonctionnera en théorie* une ampoule 20W qui consomme 1,66A avec une batterie de 100 Ah? Ah /A => 100/1,66 => 60 heures
- Pendant combien de temps fonctionnera en théorie* un moteur électrique qui consomme 10 A avec une batterie 12V de 100 Ah? Ah / A => 100 / 10 = 10 heures

Travail électrique : Kilowatt-heure (kWh)

Cette quantité correspond à celle de la farine produite par le moulin. L'unité c'est le kilowatt-heure, que l'on peut lire sur les factures d'électricité !!! Le travail électrique est égal au produit de la puissance par le temps. Par exemple, un outil de 1000W qui fonctionne pendant une heure, consomme un kilowatt-heure. On peut calculer le travail électrique d'une batterie en multipliant la capacité par la tension. Par exemple 100Ah x 12V = 1200 Wh = 1,2 kWh

Cas pratique: comment choisir une batterie?

Il faut commencer par additionner sur une journée l'ensemble de vos consommations d'energie, exprimées en Watt par heure (Wh), puis comparer cette quantité d'energie "quotidienne" en Wh, à celle que la batterie peut contenir, également exprimée en Wh (V x Ah).

Exemple :
1 TV de 60W fonctionnant pendant 3h par jour, soit 180Wh/jour
+ 1 frigo consommant 500Wh par jour
= 680Wh au total / jour.

Sur une batterie de 12V, vous consommez sur une journée:

680W / 12V = 57,0 Ampères / jour
Sachant qu’il ne faut pas décharger une batterie au plomb, AGM ou Gel à plus de 50% de sa capacité pour prolonger sa durée de vie, il faut choisir dans ce cas une batterie de:
57 / 0,5 = 114 Ah minimum.
L'energie stockée est de (12V x 114Ah =) 1368 Wh; une consommation quotidienne (entre 2 recharges), de 680 Wh conduira à ne pas décharger cette batterie à plus de 50% de sa capacité.