notion de résistance éléctrique

[Shukaname]

Bonjour, j'aimerais avoir quelques explication sur un domaine de l'électricité avec lequel j'ai du mal. JE connais la basique U=RI mais ca me fait me poser des question sur sont application de tout les jours.
Je vais prendre un exemple concret, dans les vieux four on trouve des résistance qui chauffe suite au passage d'un courant, on a comme puissance dissipé P=UI soit P=Ri². Mais du coup, plus la résistance est grande, mieux c'est car la puissance dissipé est plus grande... Mais plus la résistance est faible, plus l'intensité est grande donc la puissance dissipé aussi O.o
Donc comment sont choisis les résistance pour ce genre d'application? Je veut dire si on considère qu'on a du 220V, et un résistance de 50 ohms, on a I=U/R=220/50=4.4 A donc P=220*4.4=50*4.4²=968W ce qui est déjà assez conséquent, mais je me doute qu'il y a des fonction pour définir la résistance la plus rentable?
Enfin je sais que ca va paraitre stupide mais pourquoi la puissance dissipé est égale a U*I? alors que la puissance brut est aussi U*I? Un moteur de 600W par exemple, ca veut dire qu'il disspite 600W en chaleur et qu'il utilise 600W donc bim 1200W dans la face?

Question optionnelle mais je suis curieux, augmenter la tension avec un transfo est rentable malgré la pertes d'intensité?

Voila voila c'était mes questions du jours, merci d'avance <3
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[antek]

- on choisit la résistance selon l'énergie calorifique que l'on veut dégager
- toutes les résistances ont le même rendement, l'énergie électrique est entièrement transformée en chaleur
- un moteur transforme l'énergie électrique en moment d'une force et en chaleur, son rendement est fatalement inférieur à celui d'une résistance
- un transformateur a un rendement < 1 , s'il faut augmenter la tension on accepte ses pertes

[Shukaname]

-Alors, je n'ai pas très bien compris cette notion d'énergie "calorifique", je vois pas trop ce que ça signifie (j'ai vue ca que pour les aliment moi >.<)
-Le rendement est le même je le conçois bien, ce que j'aimerais comprendre c'est la méthode par laquelle on choisi cette dernière ainsi que l'intensité est la tension?
-OK alors si je comprend bien, un moteur transforme x% de l'énergie électrique en mouvement et (1-x)% en chaleur. Et la puissance inscrite sur le moteur est le 100%?
-pour ce qui est du transformateur je parlais ici du cas utopique d'un rendement parfait. Genre si je double la tension en sortie de transfo, alors l'intensité sera diviser par 2. Donc pour un même résistance si on place ce transfo devant, la puissance consommer sera 2x plus grande (x2 car la tension est 2 fois plus élevée et U=RI).

[antek]

- de la chaleur, en chauffant la résistance fournit de l'énergie calorifique à son environnement, en même quantité que l'énergie électrique qu'elle consomme
- la tension étant définie on choisit la puissance, le reste coule de source
- la puissance en entrée sera égale à la puissance en sortie (on n'a pas encore inventé le transfo qui fabrique de l'énergie)

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Genre si je double la tension en sortie de transfo, alors l'intensité sera divisée par 2. Donc pour une même résistance si on place ce transfo devant, la puissance consommer sera 2x plus grande (x2 car la tension est 2 fois plus élevée et U=RI).

L'intensité divisée par 2 c'est
soit entre entrée et sortie
soit en sortie à puissance constante

Si vous branchez la même résistance à la sortie que celle que vous branchiez sur la tension d'entrée, la tension sera multipliée par 2, le courant aussi et la puissance multipliée par 4.

[Shukaname]

antek désoler je ne me fait surement pas bien comprendre ^^
-pour le terme calorifique? c'est de l'énergie tout simplement non?
-oui avec la résistance ca j'ai enfin compris
-c'est ce que j'ai dis non? O.o On multiplie la tension par deux et divise l'intensité par deux donc on a bien la même puissance.

gts2 j'ai rien compris :/
je remet mon raisonnement au propre:
j'ai un résistance R disons 50 ohms parce que pourquoi pas.
-dans le cas d'un branchement au secteur: U=RI donc I=U/R=220/50=4.4 A
-dans le cas d'un branchement en série avec un transfo qui double la tension: I=U/R=220*2/50=8.8 A. Or cette intensité est deux fois moindre que celle prise sur secteur donc l'intensité du cable secteur est 17.6 A
OK donc oui multiplier par 4 et pas par 2

Pour ce que j'ai pas compris c'est le

L'intensité divisée par 2 c'est
soit entre entrée et sortie
soit en sortie à puissance constante

sinon merci

[antek]

antek désoler je ne me fait surement pas bien comprendre ^^
-pour le terme calorifique? c'est de l'énergie tout simplement non?

C'est de l'énergie sous forme de chaleur : le radiateur chauffe.
Il faut bien désigner ces différentes formes d'énergie, sinon on ne saurait pas si le moteur chauffe ou si le radiateur tourne

[Shukaname]

Ok ok je vois, du coup si ma résistance dissipe 100W ça veut dire que j'ai 100Joule dissipé chaque seconde. Mais y'as pas la notion du milieu dans le quel c'est dissipé?
Je suppose un raisonnement pour savoir si ca vous parait cohérent, j'ai préalablement établie a l'aide d'un gentil monsieur une équation décrivant la température d'une résistance traversé par un courant:
j'ai

ou on a:
S la surface,
h coef d'échange convectif
m masse de l'objet
c la capacité thermique massique

Du coup je connais la température à la surface de la résistance. j'obtient donc la température de la "chambre" quand t tend vers l'infinie:


Le problème c'est que ça, ça marche quand la température extérieur est constante. Or dans mon cas la température augmente... Donc je vois trop pas comment faire :/

[penthode]

tu te noies dans un verre d'eau....

si ta résistance consomme 100 watts , elle dissipe 100 watts !

et ce quel que soit le milieu dans lequel elle dissipe.

c'est pourquoi ce milieu doit être capable d'absorber cette énergie !

sinon il y a risque de surchauffe : voir les accidents quand on couvre un radiateur électrique

[gts2]

Le problème c'est que ça, ça marche quand la température extérieur est constante. Or dans mon cas la température augmente... Donc je vois trop pas comment faire :/

Le raisonnement que vous avez fait pour la résistance et l'extérieur (la chambre), il "suffit" de recommencer le même avec la chambre et l'extérieur (au-delà des murs).

[gts2]

gts2 j'ai rien compris :/
"L'intensité divisée par 2 c'est soit entre entrée et sortie (1) soit en sortie à puissance constante"

C'était pour répondre à votre phrase "si je double la tension en sortie de transfo, alors l'intensité sera divisée par 2"

J'expliquais dans quelles conditions votre affirmation est vraie :
(1) si U2/U1=2 alors I2/I1=1/2
(2) si P=UI=constante, alors multiplier U par 2 revient bien à diviser I par 2

[Shukaname]

gts2:
Le problème de mon raisonnement c'est que si j'ai une résistance dans un milieu a 20°C "constant" alors la température max de la résistance sera fixe et donné par mon équation. Mais du fait que la température augmente, la résistance est moins refroidi, donc peut encore plus chauffer... Donc refroidi moins, donc... etc..
C'est ca qui me pose problème :/

penthode:
Merci d'introduire ce concept par ce que je ne le comprend pas, comment un milieu peu NE PAS être capable d'absorber l'énergie, si on lui apporte de l'énergie, il va chauffer non? Est ce que par surchaffe tu entend l'idée que la matériaux fondrait par exemple (je parle ici du métal des radiateur)?

[penthode]

par exemple : tu place ta résistance dans le vide...

elle ne pourra dissiper que par rayonnement

elle va donc chauffer trés fort (je reste dans les généralités ) au risque de se vaporiser

[gts2]

c'est que si j'ai une résistance dans un milieu a 20°C "constant" alors la température max de la résistance sera fixe et donné par mon équation. Mais du fait que la température augmente, la résistance est moins refroidi, donc peut encore plus chauffer... Donc refroidi moins, donc... etc..

Je ne comprends pas trop : si "le milieu est à 20°C constant" et que la température est "donné par mon équation" donc constante elle aussi, de quelle température parlez-vous quand vous dites "la température augmente" ?

[Shukaname]

OK penthode j'ai, le risque c'est de dégradé les élément a cause de la trop forte température.

gts2 la température de la résistance n'est pas constante car il s'agit d'une température en fonction du temps.
Ce que je veux dire c'est que mon équation fonctionne pour une résistance placer dans un milieu a température constante (a quelque degrés prêt). Or dans un milieu au volume restreint (comme la "chambre" d'un four), la température extérieur a la résistance mais toujours à l'intérieur de cette chambre n'est plus constante. Car chauffé par la résistance. Le truc c'est que quand t tend vers l'infini, la température de la résistance vaut Textérieur + (RI²/hS)
Donc la température augmente, ce qui fait augmenter la température dans la chambre -> la température augmente et ainsi de suite.

[antek]

Donc la température augmente, ce qui fait augmenter la température dans la chambre -> la température augmente et ainsi de suite.

Oui, et en quoi c'est un problème pour la compréhension ?

[Shukaname]

Ben dans ma vrai vérité ca marche pas comme ca sinon on aurait pas de four O.o du coup il y a bien un transfert a un moment avec l'extérieur. Et c'est comprendre comment il fonctionne qui me perturbe.
Pour modéliser le transfert de température dans ma chambre je peux prendre mon équation. Et le travaille y est constant.
Mais pour modéliser le transfert chambre->extérieur, je serais tenter de reprendre mon équation mais de remplacer mon travail RI² par la fonction elle même.
Le truc c'est que ca donne un fonction qui "s'auto définie" et je vois pas vraiment comment ca peut faire sens. Je ne peux pas faire f(x)=f(x)+1 car f(x) n'as alors pas d valeur proprement définie.
Voila mon problème.

[harmoniciste]

Si la chaleur (puissance calorifique) de la résistance chauffante ne peut être évacuée vers l'extérieur de l'enceinte, alors le systême est en déséquilibre thermique: Les température sont plus constantes mais en hausse continue. Et pour connaitre à quelle vitesse la température s'accroit, il faut connaitre la capacité thermique des milieux concernés.

Par exemple, une résistance dissipant 100 Watts dans une bouteille thermos de 1 litre d'eau (la chaleur ne peut pas sortir de la bouteille) fera monter la température de l'eau au rythme de: 100 Joules/sec divisés par Capacité thermique de 1 kg d'eau: 4180 Joules = 0,024 °C chaque secondes. Si l'eau était initialement à 20°C, elle atteindra l'ébullition en: 80°C divisés par 0,024°C/s = 3300 secondes

[Shukaname]

Ca j'ai fini par le comprendre, ce que je ne comprend pas c'est quand il y a un contacte avec l'extérieur non négligeable (c'est pour ca que je prend l'exemple du four) sinon oui il "suffit" de calculer le temp que mettrais le système à atteindre la température voulu et désactivé l'alimentation électrique au bout de ce dernier.

[gts2]

Donc on oublie votre équation (temporelle) qui n'est juste que si T_ext est contant, R constant ...

Il reste la limite qui est exacte, mais comme je l'ai déjà indiqué, votre chambre n'est pas isolée : il y a des murs qui donne sur l'extérieur et on a une équation de même type pour cette relation avec "l'extérieur de l'extérieur". Donc en régime permanent la température de la résistance et de la pièce se stabilise de sorte que P(résistance)=P(chambre -> ext).

[Shukaname]

Jusque la je suis d'accord, mais si on oublie l'équation "temporelle" pour l'intérieur du four il doit bien y avoir une autre solution non?
Si je comprend bien on considère en régime permanant que la puissance dissipé par la résistance est la même que la puissance transmise du four vers l'extérieur.
Du coup on pourrait juste reprendre

et ça donnerais la température maximal à l'intérieur du four. Si c'est bien ca alors ma dernière question sera, les grandeur prise en compte (surface de contacte/masse/etc...) seront celle de la chambre du four c'est bien ca?

[harmoniciste]

Oui, et en régime établi, dT/dt = 0 et votre équation est encore plus simple.

[Shukaname]

heuu pourquoi dT/dt = 0? et qu'entendez vous par régime établi?

[Shukaname]

Sur ce un exemple permet de voir si j'ai bien compris:
Soit un four disposant d'une résistance chauffante de 10 ohms et d'un variateur de tension. On considère la température extérieur égale a 20°C
On a:

Soit h=10, S=1,R=10, on a

Donc si on veut une température de disons 300°C:


Donc pour atteindre une température de 300°C il faudrait appliqué une tension de 167V. Tout ca vous parait correct?
Bien sur j'ai prix des valeurs au pif sauf pour h qui vaut 10 (coef convectif de l'air). Meme si j'ai conscience qu'il faudrait prendre en compte l'isolation des parois du fours

[f6bes]

Remoi,
On ne sait rien du volume à chauffer...
Soit ton four n'a aucune perte et donc les calories s'accumulent en n 'en plus finir..
e théoriquement il n'y a pas de limite de température (grimpera à l'infini).
Bonne journée

[Shukaname]

C'est ce que je pensais le volume rentre en compte, mais je partais du principe qu'on l'avais via la masse. Je m'explique, dans le calcul on intègre la masse, or on chauffe de l'air qui a une certaine masse volumique a pression ambiante. Bien sur cette dernière va changer avec la température donc j'ai juste envie de me flinguer mdr T-T

Le truc c'est que ca à l'air de fonctionné pour t tend vers l'infini, la logique me parait correcte sur le fait que la puissance dissipé par la résistance est la même que celle dissipé par le four. Le truc c'est que quand t ne tend pas vers l'infinie, l'énergie reçu par le four est plus grande que celui qu'il transmet (heureusement sinon la température n'augmenterais pas).
En bref j'ai un modèle qui fonctionne à peu prêt bien quand t tend vers l'infini mais sinon RIP d'autant plus qu'il faut le facteur de conduction des paroi du four, leur épaisseur, la surface, etc...
Genre je ne sais pas comment calculer en combien de temps le four va atteindre 300°C

[f6bes]

Remoi, Avant d'aligner de belles formules, faut commençer à penser à ce qui va se passer via le processus pratique.
Sinon tu vas faire faire de la barre fixe à un manchot des deux bras !

Pour calculer la température d'un four...faut connaitre ses déperditions. Et donc amener le nombres de calories nécessaires
vis à vis de celles qui s'échappent (pour une température donnée).
Et comme on ne tombe jamais bon, on met un...thermostat.
Les déperditions dépendent aussi de la température environnementale externe.
Bonne journée

[Shukaname]

Donc en résumer c'est pas possible quoi :/

[antek]

Pour la thermique crée un autre sujet (quoique en cherchant un peu . . .).

Qu'est-ce qui n'est pas possible ? (tu t'éparpilles)

[Shukaname]

Non rien tu as raison ca n'as rien a faire ici x) de toute façon je pense pas que ce soit de mon niveau actuellement ^^