Les meilleurs professeurs de Physique - Chimie disponibles
Chris
5
5 (483 avis)
Chris
96€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Houssem
5
5 (174 avis)
Houssem
50€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Greg
5
5 (334 avis)
Greg
140€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Moujib
5
5 (113 avis)
Moujib
100€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (137 avis)
Antoine
60€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (94 avis)
Sébastien
75€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (75 avis)
Pierre-thomas
80€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (102 avis)
Ahmed
40€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Chris
5
5 (483 avis)
Chris
96€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Houssem
5
5 (174 avis)
Houssem
50€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Greg
5
5 (334 avis)
Greg
140€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Moujib
5
5 (113 avis)
Moujib
100€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (137 avis)
Antoine
60€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (94 avis)
Sébastien
75€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (75 avis)
Pierre-thomas
80€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (102 avis)
Ahmed
40€
/h
Gift icon
1er cours offert !
C'est parti

La puissance

Comment augmenter les CV de sa voiture ?
On exprime la puissance d'une voiture en CV ; Chevaux Vapeurs.

La puissance, en physique, permet d'indiquer la vitesse à laquelle un travail est fourni. Cela correspond alors à la quantité d'énergie par unité de temps fournie par un système à un autre système. On peut donc conclure que la puissance correspond à une grandeur scalaire et à un débit d'énergie. Ainsi, si deux systèmes de puissances différentes fournissent le même travail, et donc la même énergie, ce sera le plus puissant des deux systèmes qui sera donc le plus rapide. On peut exprimer la capacité d'un système à fournir un travail en un temps donné à l'aide du rapport suivant : On peut déduire de cette formule, que l'intégrale de la puissance fournie par rapport au temps représente alors le travail fourni par le système. En ce qui concerne la notation est les unités, dans le SIU, le système international d'unité, une puissance s'exprime en watts, en joules par seconde ou encore en kg.m2.s-3. Autrefois, on utilisait encore le cheval-vapeur. Cette unité comparait alors la traction d'une machine à vapeur à celle d'un cheval de trait.

Variable d'effort

En général, on considère la puissance comme étant le produit d'une variable d'effort -qui peut correspondre à une force, un couple, une pression ou encore à une tension- qui est alors nécessaire à la mise en mouvement contre la résistance exercé par le système, par une variable de flux -qui peut correspondre à une vitesse, une vitesse angulaire, un débit ou encore à l'intensité du courant- qui sera entretenue malgré l'existence de cette résistance. Afin d'illustrer ce propos, on peut prendre l'exemple de la puissance nécessaire afin d'imposer un déplacement à un véhicule. En effet, cette puissance correspond alors au produit de la force de traction exercée par la vitesse de déplacement. De ce fait, la puissance d'un moteur rotatif correspond au produit du couple qu'il transmet au travers de la vitesse de rotation qu'il est capable d'entretenir malgré la résistance. Autre exemple, l'ampoule électrique est capable de convertir l'énergie électrique en lumière et en chaleur. Ainsi, la puissance consommée correspond au produit de la tension électrique par l'intensité du courant qui traverse cette ampoule. On peut définir la puissance moyenne Pm avec le quotient l'énergie E par la durée τ de ce phénomène : La puissance instantanée correspond quant à elle à la dérivée de l'énergie fournie par rapport au temps : On obtient donc : .

Vitesse de transformation

Puisque la puissance est une grandeur physique, celle-ci reflète alors la notion de changement matériel dans l'univers mais également le temps nécessaire afin que ce changement s'effectue. Ainsi, la puissance est différent du travail puisque celui-ci prend uniquement en compte le changement et non pas la durée nécessaire à ce changement.

De ce fait, pour un même travail effectué lorsqu'une charge pesante est transportée en haut d'un escalier, la puissance sera différente selon si le porteur de la charge effectue cette tâche en courant ou en marchant. En effet, dans le cas où le porteur transporte sa charge en courant, la puissance nécessaire à l'exécution de cette action est beaucoup plus grande. Ceci est encore plus vrai lorsque le délai d'accomplissement de ce travail est plus faible.

On peut également illustrer cela en se basant sur l'exemple de la combustion complète d'un kilogramme de charbon. En effet, celle-ci libère plus d'énergie que l'explosion d'un kilogramme de TNT : l'explosion de TNT produit environ 4,7 mégaJoules par kilogramme alors que la combustion du charbon produit entre 15 et 30 mégaJoules par kilogramme. La principale différence entre ces deux réaction est la différence de puissance : puisque l'explosion est un phénomène beaucoup plus rapide que la combustion, la puissance de la première réaction est beaucoup plus supérieure que celle de la deuxième pour un même poids de réactif même si l'énergie intrinsèque du charbon est supérieure à celle de la TNT.

Puissance électrique

Comment ajuster la puissance de son grille pain ?
Connaissez-vous la puissance de votre petit électroménager ?

La puissance électrique, très souvent notée P, possède pour unité le watt, de symbole W. Elle correspond au produit de la tension électrique, donc en volts, aux bornes de laquelle on branche l'appareil avec l'intensité du courant électrique, donc en ampères, qui va donc traverser l'appareil. Notez que ceci est vrai pour les appareils qui sont purement résistifs.

La puissance au sein d'un régime continu

Lorsque la tension et le courant sont continu, on définit la puissance avec la formule suivante : Avec U et I des valeurs constantes de la tension aux bornes du dipôle et de l'intensité du courant à travers le dipôle. Notons que si l'on considère R comme étant la résistance du dipôle, on a : On obtient donc en définitive la formule de calcul de la puissance suivante : Il est possible de modéliser un dipôle actif linéaire, donc un électromoteur, avec un modèle équivalent de Thévenin même si ce modèle, très sommaire, ne permet pas de rendre compte des éventuelles chutes de tension en charge ou encore des puissances électriques mises en jeu dans un domaine de validité qu'il faut nécessairement préciser. Ainsi, convention générateur, la puissance fournie par le dipôle à l'extérieur peut s'exprimer de la façon suivante : La puissance fournie par le dipôle actif correspond alors à la puissance fournie par un générateur idéal de tension, noté E, qui va donc délivrer un courant, noté I, dont une partie est dissipée par effet Joule, représenté par -RxI2 . Si on se concentre sur le cas des moteurs électriques, ExI est un terme représentant la puissance électromécanique que l'on note Pem.

La puissance au sein d'un régime alternatif

Si la tension et le courant varient, on considère que la puissance instantanée consommée par un dipôle est représenté par le produit des valeurs instantanées du courant qui le traverse et de la tension à ses bornes. On obtient alors la formule suivante : Si on se considère en régime sinusoïdal, on peut exprimer la tension et l'intensité de la façon suivante : Avec :

  • U et I sont les valeurs efficaces de la tension et du courant
  • Et Φ est le déphasage de la tension par rapport au courant.

On obtient alors l'expression de la puissance suivante : Il peut alors être intéressant de noter que le premier terme de la somme ci-dessus correspond à la puissance active alors que le second terme correspond à la puissance sinusoïdale de fréquence qui est double de celle du courant et de la tension. La position moyenne de cette puissance sinusoïdale est d'ailleurs égale à la puissance active. De plus, la valeur de cos(Φ) correspond quant à lui au facteur de puissance en régime sinusoïdal. On appelle ainsi puissance fluctuante une puissance sinusoïdale de fréquence double de celle du courant et de la tension. Cette puissance n'a, pour les convertisseurs électrothermique, aucun effet puisque l'inertie thermique du système permet de lisser et ce de façon totale les variations de puissance. Cependant, cela n'est pas vrai pour les conversion électromécanique puisque la machine électrique, qu'elle soit moteur ou génératrice, tourne avec une vitesse presque constante grâce à son inertie. De ce fait, à chaque instant elle consomme ou fournir, modulo des pertes, une puissance mécanique identique. Ainsi, la puissance fluctuante est responsable d'oscillations de couples qui sont, pour la majeure partie, absorbée par l'élasticité de l'arbre de transmission. C'est pour cela que, pour une machine de forte puissance, ces oscillations sont à éviter puisqu'elles risque de provoquer la destruction de cette machine. Ceci étant la raison par laquelle les alternateurs de centrales électrique ou encore les très gros moteurs se doivent d'être polyphasés. Dans les fait, ils sont généralement triphasés.

Effet de la Force

Une force appliquée à un corps peut modifier la vitesse.
Une force appliquée à un corps peut modifier sa trajectoire.

Exemple d'une force le poids

Rappel

Quelle est la pesanteur lunaire ?
La pesanteur n'est pas la même selon l'astre où on se situe.
Le poids est noté P et correspond à l'attraction de la Terre sur l'objet ,
La formule du poids P : P=mxg
  • P = poids en Newton
  • m = masse en kilogramme
  • g = Intensité de la pesanteur ( g= 9,8N/kg constante )
Exemple :  Un homme de masse m= 80kg  et g = 10N/kg ses caractéristiques sont :
  • Sens : Vers le bas
  • Direction : Verticale
  • Point d'application : Centre de gravité ( G )
  • Valeur : P= m x g
Données :
  • m = 80kg
  • g = 10 N/kg
P= m x g
donc P = 800 N

Travail d'une force

Définition

Les 3 personnes exercent une force de direction différentes les unes des autres , elles n'ont pas la même efficacité pour déplacer la voiture. On dit qu'elle ne produisent pas le même travail.

Formule du travail

W = Travail
La formule du travail sur la force noté F sur le trajet AB est :
                                  W ab = AB x P x cos ( ά )
  • W ab = Travail sur le trajet  ab en Joules ( J)
  •  AB : déplacement en mètre (m)
  • F : Force en Newton ( N)
  • ά  : angle en degré entre la force et le déplacement .
Exemple :
  • Sens de déplacement de la voiture
 W ab ( F → ) = F x ab x cos (ά)
Or F →  est dans le même sens  et la même direction que ab donc :
ά  = 0° et cos ( 0°) = 1
Il nous reste donc :
W ab ( F → ) = F x ab x 1
W ab ( F → ) = F x ab
  •  F →  et ab on la même direction mais de sens opposé donc ά = 180‹ et cos ( ά ) = -1
W ab ( F → ) = F x ab x -1
W ab ( F → ) = -F x ab
  • F → et ab sont perpendiculaire donc α  = 90‹
 cos ( α ) 0
W ab ( F → ) = F x ab x 0
W ab ( F → ) = 0
  • Travail moteur et résistant
Le travail est dit moteur lorsque la force F et le déplacement ab sont dans le même sens, même direction dans ce cas W ab ( F →) > 0
Le travail est dit résistant quand la force  F → et le déplacement ab sont dans le sens opposé, Dans ce cas  W ab ( F →) < 0
Le travail est dit nul dit F → et ab sont perpendiculaire . Dans ce cas cas W ab ( F →) = 0 »

Travail électrique

Un dipôle parcouru par un courant d'intensité I échange de l'énergie avec le reste du circuit. Le mode de transfert est le travail des forces électriques.

Pendant la durée t, les forces électriques s'exerçant sur les charges qui traversent un dipôle AB, parcouru par un courant d'intensité I circulant de A vers B effectuent le travail :

De par la définition de la puissance , il est possible de savoir que la puissance des forces électriques correspond à :

Ainsi, on sait que :

  • Si la puissance est positive, alors le dipôle AB a reçu cette puissance.
  • Si la puissance est négative, alors le dipôle AB a cédé cette puissance.

Avec :

  • La tension U qui s'exprime en volt (V) ;
  • L'intensité I qui s'exprime en ampère (A) ;
  • Le temps t qui s'exprime en seconde (s) ;
  • Le travail W qui s'exprime en joule (J) ;
  • Et la puissance P qui s'exprime en watt (W).

On sait que, lorsqu'un dipôle est traversé par un courant, il y a transfert d'énergie entre le dipôle et le milieu ambiant.

De ce fait, lorsque le circuit est traversé par un courant d'intensité I, alors peu importe le dipôle présent au sein de ce circuit, celui-ci va s'échauffer. On appelle cela l'effet Joule. De ce fait, le dipôle qui sera ainsi échauffé va céder de l'énergie par chaleur au milieu ambiant.

On sait également que lorsqu'il le dipôle est traversé par un courant, alors celui-ci est capable d'effectuer un travail (on le considère alors comme un moteur électrique). Il cède alors de l'énergie au milieu ambiant par travail.

Par la même façon, lorsque le dipôle est traversé par un courant, alors celui-ci est capable d'émettre de la lumière (on le considère alors comme lampe électrique). Il cède alors de l'énergie au milieu ambiant.

La loi d'ohm s'écrit, pour un courant traversant le conducteur ohmique de A vers B : où R est la résistance du conducteur ohmique.

Tandis que la loi de Joule s'exprime ainsi :

Cette puissance est toujours positive. Un conducteur ohmique reçoit de l'énergie du reste du circuit. Le dipôle s'échauffe. Puis sa température reste constante : à chaque instant, l'énergie reçue du reste du circuit par travail des forces électriques est cédée au milieu ambiant par chaleur. La puissance correspond à l'effet Joule.

Transformer une énergie afin d'obtenir un mouvement : le cas du moteur thermique

Comment réparer un moteur cassé ?
Le principe du moteur n'est pas si complexe que ça.

Le cycle de Beau de Rochas, encore appelé cycle à quatre temps ou cycle d'Otto, représente un cycle thermodynamique théorique. Il est très répandu, notamment dans l'automobile. En effet, puisque les moteurs à combustion interne à allumage commandé, plus généralement les moteurs à essence, possède un cycle thermodynamique pratique qui peut donc être représenté de façon approchée par le cycle de Beau de Rochas.

Ce sera l'Allemand Christian Reithmann qui déposera le brevet du cycle de Beau de Rochas le 26 Octobre 1860 grâce à son inspiration du moteur à deux temps d'Etienne Lenoir. Mais il sera à nouveau breveté par Beau de Rochas, d'où le nom de ce cycle, en 1862 puisqu'en effet le brevet de Reithmann devait expirer en 1861. Il sera mis en oeuvre un an plus tard par Etienne Lenoir. Mais, initialement, ce sera Nikolaus Otto qui décrira en premier, en 1876, la course d'un piston avec un mouvement de haut en bas dans un cylindre. Cependant, le brevet d'Otto sera infirmé en 1886 lorsqu'il sera découvert que Beau de Rochas avait déjà décrit le principe du cycle à quatre temps, rappelons-le en 1862, dans une brochure qui devait être diffusée de façon privée, même si celui-ci avait tout de même déposé le brevet.

Cycle théorique

Ce cycle est caractérisé par les quatre temps ou encore les quatre mouvements linéaires du piston suivant :

  1. Début du cycle, point mort en position haute
  2. L'admission : la soupape d'échappement est fermée tandis que la soupape d'admission est ouverte. Le piston se met en mouvement et descend ce qui permet l'aspiration et donc l'entrée dans le cylindre d'un mélange d'air et de carburant en provenance du carburateur ou encore de l'injection.
  3. La compression : la soupape d'échappement est toujours fermée et la soupape d'admission se referme. Le piston remonte provoquant la compression du mélange air-carburant.
  4. La combustion-détente : les deux soupapes restent fermées et permettent, lorsque le piston arrive au niveau du deuxième point mort en position haute, l'enflammement du mélange air-carburant, souvent grâce à l'action de la bougie d'allumage. Ainsi, la forte augmentation de pression dans le cylindre, produite grâce à la combustion du mélange d'air et de carburant, provoque une expansion des gaz qui va forcer le piston à redescendre.
  5. L'échappement : La soupape d'échappement va ensuite s'ouvrir afin de permettre l'évacuation des gaz brûlés qui seront poussés par la remontée du piston.

Cycle réel

Dans la réalité, le cycle décrit précédemment ne se produit pas tel quel. En effet, on peut y trouver d'autres subtilités telles que la présence de transition et de demi-temps, encore appelés retards, entre chaque temps théorique. Par exemple, on retrouve :

  • Dans un cycle de compression :
    • Des soupapes qui se referment après que le piston commence sa remontée.
  • Dans un cycle d'échappement :
    • Celui-ci débute avant même que le piston ne se retrouve à sa position supérieure et alors que la soupape d'admission est déjà entrouverte.
    • La soupape d'échappement se referme alors que le piston débute seulement sa descente et donc quand de l'air frais se trouve dans le cylindre.

On peut alors remarquer que l'on se trouve en réalité fasse à un cycle qui est très flexible puisqu'il est possible de jouer avec les différents temps d'ouverture des soupapes. Ainsi, chaque moteur a la possibilité de présenter des caractéristiques qui lui sont propres, notamment en termes de pollution. En effet, dans les moteurs modernes, ces paramètres sont très modulés grâce à l'électronique, permettant de les faire varier de façon continue durant le fonctionnement de celui-ci.

Vous avez aimé cet article ? Notez-le !

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) 4,20 (5 note(s))
Loading...

Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !