Les grandeurs de l’électricité, de la chaleur, du bruit et de la lumière

L’électricité par analogie avec l’eau

Les grandeurs électriques sont invisibles : on les comprend en les comparant à un circuit d’eau, comme celui du banc hydraulique.

Dans un circuit d’eau	Dans un circuit électrique	Unité
Pression (la poussée de la pompe)	Tension	volt (V)
Débit (l’eau qui passe)	Courant (ou intensité)	ampère (A)
Étranglement (une vanne partiellement fermée)	Résistance	ohm (Ω)

Comme la pression pousse l’eau dans un tuyau, la tension pousse les électrons dans un fil. Plus la tension est forte, plus il passe de courant. Plus la résistance est grande, moins il en passe.

La loi d’Ohm

U = R × I : la tension (en volts) est égale à la résistance (en ohms) multipliée par le courant (en ampères).

Exemple : une résistance de 100 Ω alimentée en 24 V est traversée par 24 ÷ 100 = 0,24 A, soit 240 mA.

La puissance et l’énergie électriques

P = U × I : en monophasé, la puissance (en watts) est la tension (en volts) multipliée par le courant (en ampères). Une lampe de 60 W sous 230 V absorbe 60 ÷ 230 ≈ 0,26 A.

En triphasé, on ajoute un facteur : P = √3 × U × I × cos φ. Pour le moteur de la plaque : √3 × 400 V × 1,75 A × 0,78 ≈ 0,95 kW absorbés, alors que l’arbre fournit 0,75 kW. L’écart chauffe le moteur.

L’énergie est la puissance multipliée par la durée : W = P × t. L’unité du SI est le joule, mais la facture d’électricité compte en kilowattheures (1 kWh = 3,6 millions de joules).

Un radiateur de 2 kW qui chauffe 3 h consomme 2 × 3 = 6 kWh. À environ 20 à 25 centimes le kWh, cela coûte autour de 1,30 euro.

La fréquence et la vitesse du moteur

La fréquence compte combien de fois par seconde un phénomène se répète : en hertz (Hz). Le courant du secteur change de sens 50 fois par seconde : 50 Hz.

Un moteur asynchrone tourne à une vitesse proche de 60 × f ÷ p tours par minute (f en Hz, p nombre de paires de pôles). À 50 Hz : 3 000 tr/min pour 2 pôles, 1 500 pour 4 pôles, 1 000 pour 6 pôles, 750 pour 8 pôles. Le rotor glisse un peu : un 4 pôles tourne vers 1 400 à 1 450 tr/min.

La température et la chaleur

La température dit si c’est chaud ou froid ; la chaleur est une énergie, en joules.

• Le degré Celsius (°C) : 0 °C pour la glace qui fond, 100 °C pour l’eau qui bout (à pression normale).
• Le kelvin (K), unité du SI : K = °C + 273,15. 0 K est le froid absolu. Une différence de 1 K est la même que 1 °C.
• Le degré Fahrenheit (°F) est encore utilisé aux États-Unis : l’eau gèle à 32 °F.

Pour chauffer un corps : Q = m × c × ΔT, avec c la capacité thermique massique (4,18 kJ/kg·K pour l’eau). Chauffer 1 L d’eau de 20 °C à 80 °C demande 1 × 4,18 × 60 ≈ 250 kJ, soit 0,07 kWh.

En maintenance, la température est un indicateur de santé : un palier qui chauffe, un moteur qui dépasse 155 °C (classe d’isolation F) ou un contacteur qui s’échauffe. On la lit au thermomètre infrarouge (voir le savoir sur l’échauffement et la chaleur).

Le bruit et la lumière

• Le décibel (dB) mesure un niveau sonore sur une échelle logarithmique : +3 dB veut dire deux fois plus d’énergie sonore, et +10 dB donne l’impression d’un bruit deux fois plus fort. Le « (A) » de dB(A) indique que la mesure tient compte de la sensibilité de l’oreille. À partir de 80 dB(A) sur 8 heures, l’employeur doit fournir des protections ; 85 dB(A) impose de les porter.
• Le lux (lx) mesure l’éclairement : la lumière reçue sur une surface. Un poste de précision demande 500 lux.

Voir les savoirs sur le bruit, l’éclairage et la chaleur.

Lire une plaque signalétique

La plaque d’un moteur concentre presque toutes ces grandeurs. Clique sur chaque case : tu verras ce qu’elle mesure et dans quelle unité. Puis passe en mode jeu.

Quel appareil pour quelle grandeur ?

Grandeur	Appareil	Unité lue
Tension	voltmètre, multimètre	V
Courant	pince ampèremétrique	A
Résistance, continuité	ohmmètre	Ω
Résistance d’isolement	mégohmmètre (500 V)	MΩ
Température	thermomètre infrarouge, sonde	°C
Niveau sonore	sonomètre	dB(A)
Éclairement	luxmètre	lux
Fréquence	multimètre, oscilloscope	Hz
Vitesse de rotation	tachymètre	tr/min