La loi de
Joule décrit le phénomène appelé l'effet
Joule : l'énergie calorifique E (en joule) dégagée
par un conducteur électrique de résistance
R (en ohm) traversé par un courant d'intensité
I (enampère) pendant un temps t (en seconde) est donnée
par la relation suivante :
E = R x I² x t
L'énergie calorifique (ou chaleur) E dépend donc
de 3 facteurs :
- L'intensité I du courant (le facteur le plus important
puisqu'il est au carré)
- Le temps t pendant lequel circule le courant
- La résistance R du conducteur
Tentons de comprendre pourquoi l'énergie dépend de ces
3 facteurs
Pour le comprendre, reprenons l'analogie vue sur la
page précédente : les particules (ce sont des
atomes ou des molécules) du matériau dans lequel
circule le courant sont des boules situées aux intersections
des mailles d'un filet tendu; si on jette sur ce filet un seau de
petites billes (elles représentent les électrons), beaucoup
d'entre elles vont passer entre les mailles du filet ; cependant certaines
vont tomber sur les boules et faire vibrer tout le filet c'est à
dire toutes les boules. Or plus les boules vibrent plus la température
augmente (voir l'effet joule).
Dans quel le cas le filet vibrera-t-il le plus ?
- Plus le nombre des billes est grand plus le filet et les boules
vibrent . Pour le courant c'est identique : plus le nombre d'électrons
pendant un temps donné (c'est à dire l'intensité
du courant ) qui traverse le matériau est important,
plus ses particules qui le constituent vont vibrer et, par conséquent,
la température va augmenter. Comme il s'agit dans cette
relation du carré de l'intensité l'énergie
calorifique augmentera très rapidement avec l'intensité
du courant.
Plus l'intensité du courant augmente,
plus l'énergie calorifique E dégagée est
grande.
- Plus le temps durant lequel tombe les billes est long, plus
le filet va vibrer longtemps. Pour le courant c'est identique
: plus le courant traverse longtemps le circuit, plus longtemps
les atomes vont vibrer et la température augmenter.
Plus le temps t pendant lequel le courant
traverse le circuit augmente, plus l'énergie E calorifique
dégagée est grande.
- Plus les mailles du filet sont petites, plus les petites billes
vont heurter fréquemment les boules, celles-ci offrant
donc une plus grande résistance
au passage des billes; lorsque les atomes des matériaux
possédent une grande résistance au passage du courant,
ceux-ci vont vibrer davantage que pour des matériaux de
résistance faible : l'énergie calorifique dégagée
sera donc plus grande
Plus la résistance R du matériau
est importante, plus l'énergie calorifique E dégagée
est grande.
Cette loi a des conséquences très pratiques:
- lorsque se produit un court-circuit dans un circuit, l'intensité
y augmente fortement. Comme l'énergie calorifique dépend
de l'intensité au carré, on comprend aisément
que cette énergie dégagée puisse provoquer
des incendies.
- lorsque le corps humain est traversé par un courant électrique,
les effets seront plus dangereux si l'intensité est grande
mais aussi si le temps pendant lequel le corps est traversé
par le courant est grand.
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