Exemple de la loi de Joule

Lorsqu'un courant électrique circule, une partie de l'énergie est convertie en travail et une partie est convertie en chaleur. Cette chaleur est produite car lorsque le courant électrique traverse le circuit, il doit vaincre la résistance offerte par le conducteur. Cette énergie appliquée pour vaincre la résistance est libérée sous forme de chaleur.

Ce phénomène a été observé par le scientifique anglais James Prescott Joule, qui a également observé les relations qui existent entre le moment où le courant, ainsi que l'intensité de ce courant, avec la chaleur ou avec le travail généré, et utilisé différentes méthodes de mesure du courant et de la chaleur généré. L'énoncé de la loi de Joule est le suivant :

La chaleur produite dans un conducteur par le passage du courant est directement proportionnelle à la résistance, au carré du courant et au temps de connexion.

Le courant, mesuré en ampères, traverse les conducteurs; plus un conducteur a de résistance au passage du courant, plus il sera difficile pour les électrons de se déplacer à travers le conducteur. L'énergie utilisée pour déplacer le flux d'électrons est dissipée sous forme de chaleur.

Les observations de Joule sont synthétisées dans la formule suivante :

J = je²* R * t
J = C'est la mesure de la chaleur produite, qui se mesure en Joules. Un joule équivaut à 0,24 calorie.
I = C'est le Courant. Il se mesure en ampères.
R = Résistance du conducteur ou de la charge, mesurée en Ohms (W)
t = C'est le temps que le courant circule dans le conducteur, ou aussi le temps que le circuit reste connecté. Elle se mesure en secondes.

A partir de cette formule, nous pouvons calculer n'importe laquelle des autres quantités :

I = (J) / (R * t)
R = (J) / (Je²* t)
t = (J) / (Je²* R)

Exemples de la loi de Joule

Exemple 1. Calculez la chaleur produite par un courant de 2A sur une résistance de 150 W, pendant 7 secondes.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = je²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

4200 Joules de chaleur sont produits.

Exemple 2. Calculer le courant qui circule dans un circuit, si l'on sait que sur une résistance de 150 W, 1500 J.

J = 1500 J
je =?
R = 80W
t = 3 s
I = (J) / (R * t)
I = (1 500) / (80 * 3) = (1 500) / (240) = √ 6,25 = 2,5 A

Le courant du circuit est de 2,5 ampères.

Exemple 3. Calculer la résistance du conducteur, si on sait que le courant est de 1,25 A, le temps est de 4,5 secondes et la chaleur produite est de 1458 J.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (Je²* t)
R = (1458) / (1,2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 W

La résistance du conducteur est de 225 Ohms.

Exemple 4. Calculez combien de temps un circuit est connecté, si le courant est de 500 mA, la résistance du conducteur est de 125 W et la chaleur produite est de 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W
t =?
t = (J) / (Je²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 s

Le circuit est connecté pendant 1 seconde.