Tension et effet joule

[gagawel]

bonjour a tous

j'aimerais savoir comment la tension agit sur les électrons, et plus précisément pourquoi l'augmentation de la tension diminue l'effet joule dans les câbles.
je sais que lorsque la tension augmente l'intensité diminue et donc moins d'échauffement dans les câbles, car c'est l'intensité (la quantité d'électricité)qui créer principalement la perte joule.

j'ai trouvé un analogie sympa sur le net pour comprendre l'effet joule.
explication: imaginons que les particules(atomes) du matériau dans lequel circule le courant soient des boules situées aux intersections des mailles d'un filet tendu, si l'on jette sur ce filet un seau de bille(des électron), beaucoup d'entre elles vont passer entre les maille du filet mais certaines vont tomber sur les boules et faire alors vibrer tout le filet c'est a dire toutes les boules.
pour l'effet joule c'est le même phénomène, le déplacement d'ensemble des électrons dans le matériau va faire vibrer les particules qui le constituent et ainsi augmenter sa température.
donc plus on jette de bille(électron) dans le filet plus il vibre, donc ca c'est l'intensité du courant.
ensuite la notion de temps, plus on va jeter les billes longtemps plus la température va augmenter.
et pour finir la notion de résistance, plus les mailles du filet sont petites plus les billes vont heurter fréquemment les boules.
donc E(énergie calorifique)=RxI²xt
si on rajoute la tension dans cet analogie(si on le peut)quelle action cela aura sur le filet.
en plus j'ai vu qu'avec une autre analogie comme l'eau que la tension sert en quelques sorte de pression sur les électrons.

bon j'imagine que les analogie ont leurs limites pour la compréhension des choses et qu'on ne doit pas les mélanger.

j'en perd mon latin "enfin le peu que j'ai"

BREF (pas pour le message)pour finir, merci d'avance pour vos réponses
-----

[LPFR]

Bonjour.
Vous avez compris l’explication à l’inverse. Et vous n’êtes pas le seul (hélas !).
Quand vous augmentez la tension le courant augmente et l’effet joule aussi.

L’explication que vous avez mal compris est la suivante : La puissance dissipée dans un équipement est égale au produit de la tension par le courant.
Donc, vous pouvez fournir 150 W avec une tension de 1 V et un courant de 150 A, ou avec une tension de 10 V et un courant de 15 A ou une tension de 300 V et un courant de 0,5 A. (Il va de soi que les équipements sont faits pour travailler à une tension donnée et que vous ne pouvez pas les alimenter avec une autre différente).
Dans le conducteur qui transporte ce courant, la puissance dissipée est égale à R.I² (ou R est la résistance du conducteur).
Donc, vous dissipez moins dans le conducteur si vous alimentez votre équipement conçu pour travailler avec une tension élevée qu’un équipement de me puissance conçu pour travailler avec une tension faible, qui demande plus de courant.
Au revoir.

[gagawel]

merci LPFR pour votre réponse.
j'ai relu plusieurs fois votre message pour etre sur de bien comprendre.
ensuite j'ai refait quelques calculs simple avec la loi d'ohm et c'est vrai qu'avec la même résistance, quand on augmente U on augmente aussi I.

j'ai mon cerveau qui s'échauffe (surement l'effet joule)

alors pourquoi EDF augmente la tension jusqu'a 400000v, c'est bien pour réduire les pertes joule(principalement)
j'ai du trop bosser mes cours aujourd'hui, je n'arrive plus a raisonner
en plus je viens de refaire le calcul avec 400000v et je me retrouve avec 4000000 d'A(pour une R de 0.1)
mes calcul sont surement trop simpliste.
y a t'il un rapport avec l'abaissement de la tension au niveau des transfo

[YobiTrix]

Bonsoir,

Il est exact que pour le transport, on élève la tension ET on diminue l'intensité, ceci limite l'effet joule (à Puissance égale)
Donc comme le dit LPFR une ligne pour transporter 1000 W (P=UI) peut être au choix :
10 000 V x 0.1 A
1 000 V x 1 A
10 V x 100 A
Il manquait "à puissance égale" dans votre question "pourquoi l'augmentation de la tension diminue l'effet joule dans les câbles"
Là, ça devient vrai, on augmente la tension pour diminuer l'intensité (pour limiter l'effet Joule)

Pour la petite image des billes et des boules de filet, c'est amusant
Sauf qu'il faudrait pouvoir "illustrer" mieux que la proportionnalité est du carré de l'Intensité => une idée quelqu'un ?

Je propose pour illustrer les Volts (la tension) que les billes soient plus ou moins "denses" (masse volumique)
Le rayon des billes (plus ou moins denses) reste constant pour que la probabilité d'interaction avec les boules soit fonction du nombre de billes
Le nombre de billes représente les Ampères

Puissance (Watt) = nb de billes (Ampère) x masse des billes de même taille mais de densité (Volt) différentes

à masse égale (500 g) il faudrait (pour faire 500 W)
500 billes de 1 g (une densité quelconque) => 500 Ampère x 1 Volt
50 billes de 10 g (10 fois plus dense) => 50 Ampère x 10 Volt => 10 fois moins de billes => 100 fois moins d'effet Joule
5 billes de 100 g (100 fois plus dense) => 5 Ampère x 100 Volts => 100 fois moins de billes => 10000 fois moins d'effet Joule

à bientôt

[A voir en vidéo sur Futura]

[gagawel]

bonjour a tous
enfin après une bonne nuit de sommeil "le déclic"

LE TRANSFORMATEUR ,voila mon problème (ou ma solution) je n'avais peut etre pas poser les bonnes questions.
cet lui cette petite bete ou grosse bete qui transforme la tension et le courant.
cet en relisant vos 2 réponses LPFR et YOBITRIX que je remercie au passage, que je me suis rendu compte qu'il manquait la puissance dans mon raisonnement.
celle qui part de la centrale électrique jusqu'aux abonnés au bout du réseau, ces la même du début a la fin (en enlevant bien sur les pertes resistives,inductives,capaciti ve et peut etre d'autre que je n'ai pas encore étudié)
en fait j'essayais de creuser "le plus profond possible"c'est a dire les atomes pour bien comprendre les phénomènes électriques (pour le coup le magnétisme dans les transfos)et je me rend compte que tout cela est bien compliqué car tout ces phénomènes sont plus ou moins liés et nous renvoi a chaque fois sur autre chose.

je reviens a mes calculs, en fait les fameux 4.000.000 d'A que je croyais avoir sur la ligne (qui forcement est impossible car le câble aurait fondu ou sreait devenu une résistance géante), il sont bien la, mais derrière tous les transfos abaisseur du réseau jusqu'a nos maison qui consomment cette énergie par des récepteurs( non pardon qui transforme cette énergie en chaleur et travail).c'est relativement simpliste mais j'essais d'etre précis "pas facile" , c'est pour cela que demande un peu d'indulgence de la part des experts
je me sens mieux d'avoir compris tout cela
par contre je reviens sur la petite analogie avec la toile tendu, j'imagine quelle s'arrete au transfo, comment expliquer ce transfert d'energie par magnétisme entre le primaire et le secondaire (la téléportation).
l'idée de YOBITRIX de jouer sur la masse et la densité des billes pour simuler la tension me semble bonne et compréhensive, d'ailleurs je n'en aurait jamais eu l'idée et pour ne pas vous mentir j'avais penser jouer sur la vitesse des billes sans forcement faire plus vibrer les boules du filet, mais en fait ce raisonnement était bidon car je viens d'apprendre que la vitesse des éléctrons dans les conducteurs étaient très faible( a peine du cm par seconde,info prise sur ce forum)en plus en cherchant sur le net pour comprendre ce phénomème je suis encore tombé sur une analogie avec des billes (j'adore les billes ca me rappelle mon enfance).mais je ne l'expliquerai pas par peur de faire un trop long message.

voila si vous voulez conclure ou au contraire argumenter et apporter des nouvelles idées pour m'aider a aller plus loin je suis preneur, et je sais que cela peut servir a d'autres qui n'ose pas forcement franchir le pas des "questions"

OUF pas l'habitude d'écrire autant, merci de votre patience


a bientot

[bachir1994]

Bonjour,
Tout simplement la perte par effet joule est = R*I² ou R dans ce contexte correspond à la résistance 'indésirable' des conducteurs qui achemine l'alimentation vers l'utilisation, et pour une même utilisation impliquant une même puissance (P=U*I) on peut garder P à la même valeur en augmentant considérablement U (400vac---->30Kvac) d’où I qui diminue considérablement et proportionnellement que U (2800 A--->38A, pour un transfo 2000kva de rapport 30kv/400v), du coup la perte par effet joule qui démunie au carré ! c'est génial non. mais c'est dangereux !
A+

[YobiTrix]

Bonsoir gagawel,
Attention, une analogie n'est pas un pur "isomorphisme", c'est juste une analogie,
Les billes et le boules "illustrent" pour se faire une idée du phénomène, mais les billes ne sont pas des électrons et le boules ne sont pas des atomes.
Ne pas pousser l'analogie jusqu'à espérer modéliser parfaitement le phénomène, l'utiliser juste comme moyen mnémotechnique, comme une aide à mémorisation, il est vrai qu'avec une analogie cela aide à mémoriser, mais ça s'arrête là.
L'idée des billes plus denses n'est pas parfaite car une bille plus dense frapperait plus fort la boule ...
C'est juste que cela fait moins de billes dans le flux, donc moins d'interactions possibles
L'idée de la vitesse n'est pas si bidon que ça, si tu arrives aussi à établir une constance dans le produit (Volts x Ampère) avec (nombre de billes * vitesse) cela pourrait être P = m * V (quantité de mouvement) mais avec la même imperfection (une bille plus véloce interagirait plus fort en cas de collision ...)
Ceci dit, la vitesse serait compatible avec l'idée que plus la Tension est élevée, plus le champ electrique est important entre les extrémités, et plus les electrons seraient véloces ... tout en restant dans l'analogie, bien entendu
à bientôt

[f6bes]

et plus les electrons seraient véloces ... tout en restant dans l'analogie, bien entendu
à bientôt

Bjr à toi,
Et le jour ou ton te dis que les électrons font du sur place...tu recommences à te gratter la tete !!
L'électron ...cet escargot !! ( faire recherche de la vitesse des électrons dan sun conducteur)
Bonne journée

[gagawel]

bonjour a tous

"message recu" pour l'analogie Yobitrix, elle sert juste a nous faire mieux comprendre un phénomène mais a ses limites (pour le mot isomorphisme, j'avoue que j'ai ouvert le dico )

pour l'instant je travail sur le champ magnétique(vaste sujet) pour apres étudier le transfo,générateur,alternateur .forcément je ne vais pas vous demander de me l'expliquer car vous aller me suggérer de faire mes propres recherches, ce que je comprend, sauf peut etre pour des petites analogies sympa pour débutant. non sérieusement je reviendrai surement ulterieurement pour des questions de compréhension, cela évitera que je ne me gratte trop la tete comme le dit F6bes ( peur de perdre ce qu'il me reste de cheveux)

d'ailleurs F6bes, tu n'a pas du lire tout mon dernier message, car justement j'avais fait des recherches sur la vitesse des escargot heu! des électrons (a peine du cm a la seconde)je n'était pas loin apparement, pour le cuivre ce serait 1mm/s
en fait c'est la propagation de l'onde électromagnétique déplacent l'énergie électrique qui créer la vitesse, elle approche la vitesse de la lumière(dans le vide)pour le cuivre elle est plus basse, environ 273000 km/s

vous voyez ! je commence a comprendre, d'ailleurs c'est passionnant

au plaisir de vous retrouver sur le forum
@+

[LPFR]

...
d'ailleurs F6bes, tu n'a pas du lire tout mon dernier message, car justement j'avais fait des recherches sur la vitesse des escargot heu! des électrons (a peine du cm a la seconde)je n'était pas loin apparement, pour le cuivre ce serait 1mm/s
en fait c'est la propagation de l'onde électromagnétique déplacent l'énergie électrique qui créer la vitesse, elle approche la vitesse de la lumière(dans le vide)pour le cuivre elle est plus basse, environ 273000 km/s
...

Bonjour.
Pour une densité de courant de 1A/mm² dans du cuivre la vitesse moyenne des électrons est de 70 µm/s

La vitesse de propagation d’une onde sur un fil nu (sans diélectrique autour) est la même que dans le vide. La croyance de qu’elle est plus faible est une idée reçue assez répandue et totalement fausse.
Au revoir.

[bachir1994]

Bonjour.
La vitesse de propagation d’une onde sur un fil nu (sans diélectrique autour) est la même que dans le vide. La croyance de qu’elle est plus faible est une idée reçue assez répandue et totalement fausse.
Au revoir.

Bonjour,
Par contre le diélectrique à un rôle important dans le transfert d’énergie électromagnétique avec moins de pertes. l'exemple réside dans les câbles coaxiaux ou un simple filaire ne pourras transmettre un signal HF d'une antenne par exemple vers un récepteur.
A+

[YobiTrix]

Bjr à toi,
Et le jour ou ton te dis que les électrons font du sur place...tu recommences à te gratter la tete !!
L'électron ...cet escargot !! ( faire recherche de la vitesse des électrons dan sun conducteur)
Bonne journée

aha en effet, mais dans une course d'escargots, le vainqueur n'est-il pas le plus véloce ?

[trebor]

Bonjour.
Pour une densité de courant de 1A/mm² dans du cuivre la vitesse moyenne des électrons est de 70 µm/s

La vitesse de propagation d’une onde sur un fil nu (sans diélectrique autour) est la même que dans le vide. La croyance de qu’elle est plus faible est une idée reçue assez répandue et totalement fausse.
Au revoir.

Bonsoir à tous,
Soit 6,05 mètres / jour ( 24 h ) et si la densité augmente, disons 7 A/mm² dans le cuivre, la vitesse des électrons est plus lente ?

Bonne soirée à tous

[LPFR]

Bonjour,
Par contre le diélectrique à un rôle important dans le transfert d’énergie électromagnétique avec moins de pertes. l'exemple réside dans les câbles coaxiaux ou un simple filaire ne pourras transmettre un signal HF d'une antenne par exemple vers un récepteur.
A+

Re.
Non. Le diélectrique est une source de pertes.
Dans les câbles coaxiaux de haute puissance (plusieurs cm de rayon) on utilise de l’air et même du vide comme diélectrique.
Dans ce cas, la vitesse de propagation du signal est la même que dans le vide.

L’inconvénient d’un fil non blindé ou d’une paire torsadé est qu’il rayonne tout le long. Alors que ce n’est pas le cas pour un câble coaxial.
A+

[LPFR]

Bonsoir à tous,
Soit 6,05 mètres / jour ( 24 h ) et si la densité augmente, disons 7 A/mm² dans le cuivre, la vitesse des électrons est plus lente ?

Bonne soirée à tous

Re.
Pour augmenter le courant avec une même section il faut augmenter la vitesse des électrons.
Si vous passez à 7 A/mm² la vitesse passera à 0,49 mm/s. (Toujours avec le même exemple du cuivre).
A+

[trebor]

Merci,
C'est donc proportionnel, 6,05 m * 7A= 42,35 mètres / 24 h.

La vitesse moyenne, par exemple, d'un escargot turc adulte est d'un millimètre par seconde, soit six centimètres par minute.
Il va deux fois plus vite, 86,4 mètres / jour.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Escargot

La quantité d'électrons en mouvement reste le même ( sauf par unité de temps ) mais ils seraient donc plus rapides ?

Et ça se bouscule de plus en plus si on augmente encore la densité du courant à l'intérieur du câble d’où son échauffement.

A+

[gagawel]

donc plus l'intensité augmente plus les électrons prennent de vitesse, ok

pour etre sur, l'atome ne bouge pas c'est un de ses electrons qui circule a chaque fois, donc plus de courant plus de deplacement

j'immagine que c'est pour du courant continu et pour l'alternatif ?

il me semble avoir vu dans mes recherches que c'est encore plus lent car les électron font des va et vient
merci

[bachir1994]

Re.
Non. Le diélectrique est une source de pertes.
Dans les câbles coaxiaux de haute puissance (plusieurs cm de rayon) on utilise de l’air et même du vide comme diélectrique.
Dans ce cas, la vitesse de propagation du signal est la même que dans le vide.

L’inconvénient d’un fil non blindé ou d’une paire torsadé est qu’il rayonne tout le long. Alors que ce n’est pas le cas pour un câble coaxial.
A+

Bonjour LPFR,
Quant tu parle du vide, s'agit-il de guides d'ondes, je te rejoint cas échéant, mais le guide d'onde est très couteux car il implique un usinage presque parfait de la surface du guide d'onde, et le guide d'onde s'impose pour les SHF (> 1 ghz) car l'effet de peau est important et les champs s'annulent dans le conducteur central d'ou l'inutilité d'un support coaxial.
Merci et A+
et c'est le dielectrique est une source de pertes, comment justifier la pérennité des supports coaxiaux dans les télécommunications,

[bachir1994]

Re.
L’inconvénient d’un fil non blindé ou d’une paire torsadé est qu’il rayonne tout le long. Alors que ce n’est pas le cas pour un câble coaxial.
A+

Bonjour,
Donc le rôle du blindage sert à confiner et guider en quelque sorte l'OEM pour avoir moins de perte et transmettre un maximum de signal de l’émetteur vers le récepteur.
A+

[bachir1994]

Re.
Non. Le diélectrique est une source de pertes.
Dans les câbles coaxiaux de haute puissance (plusieurs cm de rayon) on utilise de l’air et même du vide comme diélectrique.
A+

Bonjour LPFR,
Toutes mes excuse pour ces question et remarque en cascades,
effectivement le diélectrique est une source de pertes mais cela s’aggrave quant ce diélectrique change de caractéristique, par exemple un vieux câble coaxiale soumis longtemps aux variation de température rend la réception impossible.
A+

[LPFR]

Bonjour.

Bonjour LPFR,
Quant tu parle du vide, s'agit-il de guides d'ondes, je te rejoint cas échéant, mais le guide d'onde est très couteux car il implique un usinage presque parfait de la surface du guide d'onde, et le guide d'onde s'impose pour les SHF (> 1 ghz) car l'effet de peau est important et les champs s'annulent dans le conducteur central d'ou l'inutilité d'un support coaxial.
Merci et A+
et c'est le dielectrique est une source de pertes, comment justifier la pérennité des supports coaxiaux dans les télécommunications,

Non. Quand je parle de coaxiaux sous vide je parle de ceux-ci :
http://www.stephanecompoint.com/41,,,20491,fr_FR.html
C’étaient (ou sont) les câbles qui alimentent des antennes au sommet à partir des émetteurs en sous-sol.
Malgré leurs pertes les coaxiaux avec diélectrique sont une bonne solution. Et, suivant les fréquences, on met des diélectriques avec peu de pertes (et plus chers). Et des conducteurs recouverts d’une couche d’argent.
On fait aussi des coaxiaux « à diélectrique d’air ». En réalité le conducteur extérieur est tressé sur un tube à parois minces, qui est maintenu à distance de l’âme par un fil en plastique enroulé autour le l’âme en hélice avec un pas de plusieurs centimètres. Le gros du champ électrique se passe en absence de plastique.

Bonjour,
Donc le rôle du blindage sert à confiner et guider en quelque sorte l'OEM pour avoir moins de perte et transmettre un maximum de signal de l’émetteur vers le récepteur.
A+

Oui. C’est une façon de le voir (et même de le calculer). Mais le fait que l’âme et la gaine soient coaxiaux fait que le câble ne généré pas de champ magnétique externe, même en basse fréquence. Et par réciprocité, que les champs externes n’induisent pas de tensions dans le câble.

Bonjour LPFR,
Toutes mes excuse pour ces question et remarque en cascades,
effectivement le diélectrique est une source de pertes mais cela s’aggrave quant ce diélectrique change de caractéristique, par exemple un vieux câble coaxiale soumis longtemps aux variation de température rend la réception impossible.
A+

Je ne suis pas sur que ce soit le temps qui ait vieilli le diélectrique et augmenté les pertes. Il est fort possible que les câbles posés il y a 30 ans pour la télé collective, étaient utilisables pour les fréquences de l’époque mais non pour les fréquences actuelles de distribution d’antennes satellite

Au revoir.

[trebor]

donc plus l'intensité augmente plus les électrons prennent de vitesse, ok

pour etre sur, l'atome ne bouge pas c'est un de ses electrons qui circule a chaque fois, donc plus de courant plus de deplacement

j'immagine que c'est pour du courant continu et pour l'alternatif ?

il me semble avoir vu dans mes recherches que c'est encore plus lent car les électron font des va et vient
merci

Bonjour à tous,

Pour la tension et le courant secteur alternatif à 50 hz, de rapport 50/50 ( 50 fois positif puis passage par 0 et puis 50 fois négatif par seconde ) les électrons avancent puis reculent 100 fois/sec et donc ne se déplacent, ils font du surplace.
http://www.radiateur-electrique.org/.../220v-50hz.gif

Bonne journée à tous

[YobiTrix]

Bonjour,
je pensais que le but du blindage dans les coaxiaux (bon vieux fil d'antenne de TV) était de faire office de cage de faraday, pour ne pas que le fil central se comporte lui aussi comme une antenne
à bientôt

[LPFR]

Bonjour,
je pensais que le but du blindage dans les coaxiaux (bon vieux fil d'antenne de TV) était de faire office de cage de faraday, pour ne pas que le fil central se comporte lui aussi comme une antenne
à bientôt

Re.
Oui. Pour le champ électrique, le blindage sert de cage de Faraday. Mais pour le champ magnétique la cage de Faraday ne fonctionne que pour des hautes fréquences. Pour les basses fréquences c’est le courant dans le sens opposé à celui de l’âme et coaxial qui annule le champ dû à l’âme.
A+

[YobiTrix]

pour le champ magnétique la cage de Faraday ne fonctionne que pour des hautes fréquences. Pour les basses fréquences c’est le courant dans le sens opposé à celui de l’âme et coaxial qui annule le champ dû à l’âme.
A+

bonjour LPFR et merci pour cette précision

[bachir1994]

Bonjour.


Non. Quand je parle de coaxiaux sous vide je parle de ceux-ci :
http://www.stephanecompoint.com/41,,,20491,fr_FR.html
C’étaient (ou sont) les câbles qui alimentent des antennes au sommet à partir des émetteurs en sous-sol.
Malgré leurs pertes les coaxiaux avec diélectrique sont une bonne solution. Et, suivant les fréquences, on met des diélectriques avec peu de pertes (et plus chers). Et des conducteurs recouverts d’une couche d’argent.
On fait aussi des coaxiaux « à diélectrique d’air ». En réalité le conducteur extérieur est tressé sur un tube à parois minces, qui est maintenu à distance de l’âme par un fil en plastique enroulé autour le l’âme en hélice avec un pas de plusieurs centimètres. Le gros du champ électrique se passe en absence de plastique.


Oui. C’est une façon de le voir (et même de le calculer). Mais le fait que l’âme et la gaine soient coaxiaux fait que le câble ne généré pas de champ magnétique externe, même en basse fréquence. Et par réciprocité, que les champs externes n’induisent pas de tensions dans le câble.


Je ne suis pas sur que ce soit le temps qui ait vieilli le diélectrique et augmenté les pertes. Il est fort possible que les câbles posés il y a 30 ans pour la télé collective, étaient utilisables pour les fréquences de l’époque mais non pour les fréquences actuelles de distribution d’antennes satellite

Au revoir.

Merci LPFR pour ces explications,
une dernière chose, j'ai entendu parlé que c'est pas les conducteur qui transportent l’anergie, mais c'est soit le diélectrique ou le vide entourant les conducteur et cela même dans les courant fort (HT/MT/BT et TBT, 50hz), est ce que c'est vrai ?
Merci.

[LPFR]

Merci LPFR pour ces explications,
une dernière chose, j'ai entendu parlé que c'est pas les conducteur qui transportent l’anergie, mais c'est soit le diélectrique ou le vide entourant les conducteur et cela même dans les courant fort (HT/MT/BT et TBT, 50hz), est ce que c'est vrai ?
Merci.

Re.
Effectivement il me semble avoir déjà entendu ça.
Je ne me rappelle plus si c’est vrai en haute fréquence, mais c’est certainement faux en continu.
A+