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Électricité
Courant électrique

Quelle est la loi de Joule ? Définition et exemples de l'effet Joule

Quelle est la loi de Joule ? Définition et exemples de l'effet Joule

L'effet Joule, également appelé loi de Joule, est la manifestation thermique de la résistance électrique.

Si de l' électricité circule dans un conducteur électrique, une partie de l'énergie cinétique des électrons se transforme en chaleur, élevant la température du conducteur. 

La chaleur est générée en raison de la collision que les électrons subissent avec les molécules du matériau conducteur à travers lequel ils circulent.

La loi de Joule doit son nom au physicien anglais James Prescott Joule .

La première loi de Joule est aussi parfois connue sous le nom de loi de Joule-Lenz, car elle a été plus tard trouvée indépendante par Heinrich Lenz.

Quelle est la définition de l'effet Joule ?

La quantité d' énergie thermique produite par un courant électrique est directement proportionnelle au carré de l'intensité du courant lorsqu'il circule dans le conducteur et à la résistance que ce conducteur oppose au passage du courant.

Quelle est la formule de l'effet Joule ?

A partir de la définition précédente, la formule de la loi de Joule peut être exprimée mathématiquement comme suit :

Q = I 2  R t

où:

  • Q = Énergie calorifique produite par le courant. Dans le système international de mesures, il est exprimé en joules (J)

  • I = Intensité du courant de circulation exprimée en ampères (A)

  • R = Résistance électrique du conducteur exprimée en ohms.

  • t = Temps, en secondes (s)

Exemples de la loi de Joule

  • Ampoules à filament : Le filament est une résistance qui, avec le passage du courant, chauffe jusqu'à devenir incandescente. Comme on peut le voir, la quantité de chaleur émise par l'ampoule est proportionnelle à la résistance du filament.

  • Appareils électroménagers générateurs de chaleur : De nombreux appareils électroménagers reposent sur l'effet Joule pour fonctionner : fours électriques, grille-pain, radiateurs électriques... Dans tous ces cas, il est destiné à générer de l'énergie thermique avec le passage de l'électricité dans ses conducteurs. Cette chaleur qu'ils dégagent est due à l'effet Joule.

  • Le rendement des moteurs électriques dépend de la loi de Joule.

Quel est l'inconvénient de l'effet Joule ?

Le principal inconvénient de l'effet joule est la perte d'énergie qui se transforme en chaleur et la surchauffe des systèmes électriques.

Dans la grande majorité des applications, l'effet Joule est indésirable. Pour cette raison, certains appareils électriques et électroniques ont besoin de dissipateurs thermiques pour éviter un échauffement excessif des différents composants et/ou appareils.

Une partie de la puissance électrique fournie est convertie en énergie thermique qui est dissipée sous forme de chaleur. Par conséquent, la chaleur produite est de l'énergie gaspillée et donc une diminution de l'efficacité.

Pourquoi l'électricité est-elle transmise sur des lignes à haute tension ?

Les lignes électriques aériennes transfèrent l' énergie électrique des producteurs d'électricité aux consommateurs. Ces lignes électriques ont une résistance non nulle et sont donc soumises à l'effet Joule, provoquant des pertes de transmission.

Pour minimiser les pertes de transmission, il existe deux solutions :

  • Minimiser la résistance des conducteurs. La résistance de ligne est minimisée grâce à l'utilisation de conducteurs en cuivre.

  • Augmentez la tension pour diminuer l'intensité du courant selon la loi d'Ohm. L'abaissement de l'intensité diminue la quantité d'électrons qui circulent à travers le conducteur et, par conséquent, les collisions avec le conducteur sont réduites.

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Date de publication : 14 septembre 2021
Dernier examen : 14 septembre 2021