Il existe de nombreux types de pouvoir - physique, social, super, blocage des odeurs , amour - mais dans ce didacticiel, nous nous concentrerons sur l'énergie électrique. Qu'est-ce donc que l'énergie électrique ?

En termes généraux de physique, la puissance est définie comme la vitesse à laquelle l'énergie est transférée (ou transformée) .

Alors, premièrement, qu'est-ce que l'énergie et comment est-elle transférée ? C'est difficile à dire simplement, mais l'énergie est essentiellement la capacité de quelque chose à déplacer quelque chose d'autre. Il existe de nombreuses formes d'énergie : mécanique, électrique, chimique, électromagnétique, thermique et bien d'autres.

L'énergie ne peut jamais être créée ou détruite, seulement transférée sous une autre forme. Une grande partie de ce que nous faisons en électronique consiste à convertir différentes formes d'énergie vers et à partir de l'énergie électrique. Les LED d'éclairage transforment l'énergie électrique en énergie électromagnétique. Les moteurs tournants transforment l'énergie électrique en énergie mécanique. Les buzzers bourdonnants produisent de l'énergie sonore. L'alimentation d'un circuit à partir d'une pile alcaline de 9 V transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Tous ces éléments sont des formes de transferts d'énergie .

Exemple de composants électriques, qui transfèrent l'énergie électrique sous une autre forme.

L'énergie électrique, en particulier, commence par l' énergie potentielle électrique - ce que nous appelons affectueusement la tension . Lorsque les électrons traversent cette énergie potentielle, elle se transforme en énergie électrique. Dans la plupart des circuits utiles, cette énergie électrique se transforme en une autre forme d'énergie. La puissance électrique est mesurée en combinant à la fois la quantité d'énergie électrique transférée et la vitesse à laquelle ce transfert se produit.

Producteurs et Consommateurs

Chaque composant d'un circuit consomme ou produit de l'énergie électrique. Un consommateur transforme l'énergie électrique en une autre forme. Par exemple, lorsqu'une LED s'allume, l'énergie électrique est transformée en énergie électromagnétique. Dans ce cas, l'ampoule consomme de l'énergie. L'énergie électrique est produite lorsque l'énergie est transférée à l'électricité à partir d'une autre forme. Une batterie alimentant un circuit est un exemple de producteur d'électricité.

L'énergie est mesurée en termes de joules (J). Étant donné que la puissance est une mesure de l'énergie sur un laps de temps défini, nous pouvons la mesurer en joules par seconde. L'unité SI pour les joules par seconde est le watt abrégé en W.

Il est très courant de voir des "watts" précédés de l'un des préfixes standard du SI : les microwatts (µW), les miliwatts (mW), les kilowatts (kW), les mégawatts (MW) et les gigawatts (GW), sont tous courants selon la situation. .

Les microcontrôleurs, comme l' Arduino , fonctionnent généralement dans la gamme µW ou mW. Les ordinateurs portables et de bureau fonctionnent dans la plage de puissance en watts standard. La consommation d'énergie d'une maison est généralement de l'ordre du kilowatt. Les grands stades pourraient fonctionner à l'échelle du mégawatt. Et les gigawatts entrent en jeu pour les centrales électriques à grande échelle et les machines à voyager dans le temps.

Calcul de la puissance

L'énergie électrique est la vitesse à laquelle l'énergie est transférée. Il est mesuré en termes de joules par seconde (J/s) -- un watt (W). Étant donné les quelques termes électriques de base que nous connaissons, comment pourrions-nous calculer la puissance dans un circuit ? Eh bien, nous avons une mesure très standard impliquant l'énergie potentielle -- volts (V) -- qui est définie en termes de joules par unité de charge (coulomb) (J/C). Le courant, un autre de nos termes électriques préférés, mesure le flux de charge dans le temps en termes d'ampère (A) - coulombs par seconde (C/s). Mettez les deux ensemble et qu'est-ce qu'on obtient ?! Puissance!
Pour calculer la puissance d'un composant particulier dans un circuit, multipliez la chute de tension à travers celui-ci par le courant qui le traverse.

Par exemple

Vous trouverez ci-dessous un circuit simple (mais pas tout à fait fonctionnel) : une pile 9 V connectée sur une résistance de 10 Ω.

Comment calcule-t-on la puissance aux bornes de la résistance ? Il faut d'abord trouver le courant qui le traverse. Assez facile... La loi d'Ohm !

D'accord, 900 mA (0,9 A) traversant la résistance et 9 V à travers elle. Quel type de puissance est appliqué à la résistance alors?

Une résistance transforme l'énergie électrique en chaleur. Ce circuit transforme donc 8,1 joules d'énergie électrique en chaleur à chaque seconde.

Calcul de la puissance dans les circuits résistifs

Lorsqu'il s'agit de calculer la puissance dans un circuit purement résistif, connaître deux des trois valeurs (tension, courant et/ou résistance) est tout ce dont vous avez vraiment besoin.

En intégrant la loi d'Ohm (V=IR ou I=V/R) dans notre équation de puissance traditionnelle, nous pouvons créer deux nouvelles équations. Le premier, purement en termes de tension et de résistance :

Ainsi, dans notre exemple précédent, 9V ² /10Ω (V ² /R) est de 8,1W, et nous n'avons jamais à calculer le courant traversant la résistance.

Une deuxième équation de puissance peut être formée uniquement en termes de courant et de résistance :

Pourquoi nous soucions-nous de la puissance tombée sur une résistance ? Ou tout autre composant d'ailleurs. Rappelez-vous que le pouvoir est le transfert d'énergie d'un type à un autre. Lorsque cette énergie électrique provenant de la source d'alimentation atteint la résistance, l'énergie se transforme en chaleur. Peut-être plus de chaleur que la résistance ne peut en supporter. Ce qui nous amène aux... puissances nominales.

Puissances nominales

Tous les composants électroniques transfèrent de l'énergie d'un type à un autre. Certains transferts d'énergie sont souhaités : LED émettant de la lumière, moteurs qui tournent, batteries en charge. D'autres transferts d'énergie sont indésirables, mais également inévitables. Ces transferts d'énergie indésirables sont des pertes de puissance, qui se manifestent généralement sous forme de chaleur. Trop de perte de puissance - trop de chaleur sur un composant - peut devenir très indésirable.

Même lorsque les transferts d'énergie sont l'objectif principal d'un composant, il y aura toujours des pertes vers d'autres formes d'énergie. Les LED et les moteurs, par exemple, produiront toujours de la chaleur en tant que sous-produit de leurs autres transferts d'énergie.

La plupart des composants ont une cote de puissance maximale qu'ils peuvent dissiper, et il est important de les faire fonctionner en dessous de cette valeur. Cela vous aidera à éviter ce que nous appelons affectueusement « laisser sortir la fumée magique ».

Puissances nominales des résistances

Les résistances sont parmi les coupables les plus notoires de la perte de puissance. Lorsque vous laissez tomber une certaine tension à travers une résistance, vous allez également induire un flux de courant à travers celle-ci. Plus de tension, signifie plus de courant, signifie plus de puissance.

Rappelez-vous de notre premier exemple de calcul de puissance , où nous avons constaté que si 9V tombaient sur une résistance de 10Ω, cette résistance dissiperait 8,1W. 8.1 représente beaucoup de watts pour la plupart des résistances. La plupart des résistances sont conçues pour n'importe où entre ⅛W (0,125W) et ½W (0,5W). Si vous laissez tomber 8W sur une résistance standard de ½W, préparez un extincteur.

Si vous avez déjà vu des résistances, vous les avez probablement déjà vues. Le haut est une résistance de ½ W et en dessous un ¼ W. Ceux-ci ne sont pas conçus pour dissiper beaucoup de puissance.

Il existe des résistances conçues pour gérer de grandes chutes de puissance. Ceux-ci sont spécifiquement appelés résistances de puissance .

Ces grandes résistances sont conçues pour dissiper beaucoup de puissance. 10w, 8w, ...

Si jamais vous vous retrouvez à choisir une valeur de résistance. Gardez également à l'esprit sa puissance nominale. Et, à moins que votre objectif ne soit de chauffer quelque chose (les éléments chauffants sont essentiellement des résistances très puissantes), essayez de minimiser la perte de puissance dans une résistance.

Par exemple

Les puissances nominales des résistances peuvent entrer en jeu lorsque vous essayez de décider d'une valeur pour une résistance de limitation de courant LED. Supposons, par exemple, que vous souhaitiez allumer une LED rouge super brillante de 10 mm à la luminosité maximale, à l'aide d'une pile 9V

.

Cette LED a un courant direct maximum de 80 mA et une tension directe d'environ 2,2 V. Donc, pour fournir 80 mA à la LED, vous auriez besoin d'une résistance de 85 Ω pour le faire.

Une chute de 6,8 V sur la résistance et 80 mA qui la traversent signifient une perte de puissance de 0,544 W (6,8 V * 0,08 A). Une résistance d'un demi-watt ne va pas beaucoup aimer ça ! Il ne fondra probablement pas, mais il deviendra chaud. Jouez la sécurité et passez à une résistance de 1 W (ou économisez de l'énergie et utilisez un pilote de LED dédié).

Les résistances ne sont certainement pas les seuls composants pour lesquels les puissances nominales maximales doivent être prises en compte. Tout composant ayant une propriété résistive va produire des pertes de puissance thermique. Travailler avec des composants couramment soumis à une puissance élevée - régulateurs de tension, diodes , amplificateurs et pilotes de moteur, par exemple - signifie accorder une attention particulière aux pertes de puissance et aux contraintes thermiques.