Transport d'électricité, et effet joule, puissance et loi d'ohm...

[superkarl]

Bonsoir,

Me vient une question qui répondra sûrement aux autres que je me pose.
Je suis en train de lire un document ( https://lesiteferroviaire.pagesperso...electrique.htm ) sur le transport de l'électricité comme quoi on l'effet joule étant en I², on monte la tension pour que I diminue et les pertes par chaleur avec.

L'explication serait que l'on fait passer une même puissance, qui est en UI, et donc fatalement en augmentant U, I diminue. On retrouve cette explication un peu partout (exemple en page 3 : https://eduscol.education.fr/documen...a%20résistance. ).

Mon souci c'est que jusqu'à présent, j'ai toujours cru que lorsque l'on est en présence de charges purement résistive du moins, c'est la loi d'Ohm qui dictait l'intensité en fonction de la tension puisqu'on est en règle générale avec des générateurs de tension.

Ainsi sur une charge résistive, l'effet joule en I² est aussi bien en vertu de la loi d'Ohm en U² (R étant une constante) et donc monter la tension ne devrait rien changer à l'effet joule.

Bref, je suis perdu, d'ailleurs j'avais d'autres questions sur les transformateurs qui me reviendront, mais c'est sûrement lié.

Si vous pouvez m'éclairer, je vous en serais reconnaissant.

Cordialement,
-----

[Archi3]

Pour passer de P = RI² à P = U²/R il faut utiliser U=RI qui n'est valable que pour une résistance pure. Mais une ligne HT n'est absolument pas une résistance pure, en fait la chute de tension aux bornes de la ligne est négligeable , l'essentiel de la chute de tension se fait dans le transformateur par couplage inductif avec la ligne basse tension. Ce n'est donc pas la haute tension qu'il faut mettre dans l'équation si tu veux écrire la loi en U² mais la chute de tension entre le début et la fin de la ligne, qui est bien plus faible.

[gts2]

Mon souci c'est que jusqu'à présent, j'ai toujours cru que lorsque l'on est en présence de charges purement résistive du moins, c'est la loi d'Ohm qui dictait l'intensité en fonction de la tension puisqu'on est en règle générale avec des générateurs de tension.

C'est bien cela.

Ainsi sur une charge résistive, l'effet joule en I² est aussi bien en vertu de la loi d'Ohm en U² (R étant une constante) et donc monter la tension ne devrait rien changer à l'effet joule.

Cette symétrie U/I ne fonctionne que si le générateur est relié directement à la charge P=RI²=U²/R suppose que U=RI, et dans ce cas augmenter U(=E fem du générateur) augmente I et augmente l'effet Joule.

Ici R est en série avec la charge qui consomme, donc le courant I est commun à la charge et R, mais pas U : la fem du générateur E=U+RI avec RI faible (il vaut mieux !)
Ici P=UI + RI² avec P puissance fournie par le générateur et UI la puissance consommée par l'utilisateur, il faut bien diminuer I pour avoir au mieux égalité puissance consommée/produite.
Or ce qui est imposée (voulue) c'est la puissance utilisateur UI, donc pour diminuer I il faut bien augmenter U.

[Gyrocompas]

Bonjour,
Pour mieux comprendre le pourquoi du comment, prendre un exemple simple, les besoins d'une motrice électrique.
Les lignes sont alimentées par une caténaire à 1500v ou 25 000v selon les régions.
Pour chaque MW consommé par la motrice, quel est le courant nécessaire?
Selon la section de cette caténaire quelles peuvent être les pertes liées à la distance depuis un poste d'alimentation?
La parade serait d'augmenter la section de la caténaire, impact sur les pylônes en fonction du poids?
La quantité de courant qui circule peut par effet Joule dilater la ligne,l'allonger, ce qui peut se traduire par une vague en avant de la motrice.
Des dispositifs à contre-poids maintiennent la tension mécanique.
Pour alimenter une région, la puissance à transporter, centaines de MW a privilégié l'augmentation de la tension, 230 000 à 400 000 v.
En Californie, certains incendies auraient ainsi été provoqués par l'allongement des lignes HT jusqu'à toucher des arbres...

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Et plus généralement, toujours faire un schéma électrique de ce qu'on étudie avant d'écrire des U=R.I, P=R.I^2 ou P=U^2/R (et autres) sans préciser quel signaux tensions, courants et puissances sont considérés.

Quant-à l'explication exacte mise au conditionnel dans le premier post, c'est un peu triste, si les sites dont il est question sont fiables.

[f6bes]

Bonsoir,

Me vient une question qui répondra sûrement aux autres que je me pose.
Je suis en train de lire un document ( https://lesiteferroviaire.pagesperso...electrique.htm ) sur le transport de l'électricité comme quoi on l'effet joule étant en I², on monte la tension pour que I diminue et les pertes par chaleur avec.

L'explication serait que l'on fait passer une même puissance, qui est en UI, et donc fatalement en augmentant U, I diminue. On retrouve cette explication un peu partout (exemple en page 3 : https://eduscol.education.fr/documen...a%20résistance. ).

Mon souci c'est que jusqu'à présent, j'ai toujours cru que lorsque l'on est en présence de charges purement résistive du moins, c'est la loi d'Ohm qui dictait l'intensité en fonction de la tension puisqu'on est en règle générale avec des générateurs de tension.

Ainsi sur une charge résistive, l'effet joule en I² est aussi bien en vertu de la loi d'Ohm en U² (R étant une constante) et donc monter la tension ne devrait rien changer à l'effet joule.

Bref, je suis perdu, d'ailleurs j'avais d'autres questions sur les transformateurs qui me reviendront, mais c'est sûrement lié.

Si vous pouvez m'éclairer, je vous en serais reconnaissant.

Cordialement,

Bonjour à toi, Reste à savoir de quoi l'on parle! Si tu dois transporter du courant sur de longues distances (plusieurs centaines de km), vaut mieux
perdre le moins possible par " échauffement " de la ligne de transport. Supposons que tu doivent transporter une puissance de 100 000 000 VA (disons watts pour la compréhension)
Si tu transportes sous 10 000v cela te fait un courant de 10 000 ampéres. Si sur 100 km tes conducteurs ont une résistance de seulement 0.1 ohms , tu perds 0.1 x 10 000= 1000 volts
soit...10 % de ta tension. Tu as donc intérét , pour les memes conducteurs, à diminuer cette perte.
Si tu augmentes de 10 fois ta t tension 10 000 vers..100 000 volts ton courant diminue de ....10 fois soit 1000 Ampéres.
Dix fois moins de perte.
Bonne journée

[Bitrode]

Bonjour,
moi ce qui m'étonne c'est la question.

Si tu prends la loi d'Ohm U=RI et sa conséquence P=UI=R.I.I=R.I², il est évident que pour maintenir R constant, ou P constant, si U augmente il faut bien que I diminue...

[alphanet]

Si tu prends la loi d'Ohm U=RI et sa conséquence P=UI=R.I.I=R.I², il est évident que pour maintenir R constant, ou P constant, si U augmente il faut bien que I diminue...

Oui mais on peut pousser le raisonnement en disant que
U=RI donc I=U/R

et sa conséquence
P=UI=U.U/R
P=U²/R

donc si U augmente, P augmente aussi.

C'est faux, mais pourquoi?

[gts2]

Oui mais on peut pousser le raisonnement en disant que
U=RI donc I=U/R P=UI=U.U/R=U²/R donc si U augmente, P augmente aussi.

Voir message #3

[doudou911]

Bonjour,

j'ai l'impression qu'il y a confusion entre transport et utilisation de l'électricité.

au départ de la centrale il y a un transfo qui augmente la tension pour diminuer le courant dans la ligne de transport et à l'arrivée un autre transfo qui fait l'inverse pour l'utilisation avec une tension plus faible.

[superkarl]

@GyroCompas et @f6bes Bonjour, merci pour votre réponse, oui, mais mon interrogation demeurait quand même, cf la réponse de alphanet à Bitrode

@gts2 et Archi3 D'accord, je comprends, donc en fait on n'est pas uniquement en présence d'une charge résistive, elle est en série avec les appareils du réseau (transformateurs, condensateurs...) qui vont prélever de la tension en étant calibrés (impédance) pour que l'intensité ne soit pas élevée alors qu'on est en HT, donc la tension à laquelle la ligne est soumise devient faible car égale à RI avec R faible et donc la puissance consommée par la ligne est faible.

Est-ce que c'est bien ça ?

Si oui, alors j'ai une question qui en découle directement : Supposons qu'on alimente un condensateur et une bobine uniquement de sorte à ce que l'impédance totale soit nulle, ça veut dire que le courant est nul, que la puissance est nulle, alors que la tension peut être aussi grande que l'on veut ?
(Cas idéal je me doute qu'une résistance nulle est impossible)

[stefjm]

P=u1.i1=u2.i2

[superkarl]

Si oui, alors j'ai une question qui en découle directement : Supposons qu'on alimente un condensateur et une bobine uniquement de sorte à ce que l'impédance totale soit nulle, ça veut dire que le courant est nul, que la puissance est nulle, alors que la tension peut être aussi grande que l'on veut ?
(Cas idéal je me doute qu'une résistance nulle est impossible)

Pardon, je dis n'importe quoi, il faut que l'impédance soit forte pour que le courant soit faible...
OK, en tout cas j'ai compris. Merci encore

[f6bes]

Est-ce que c'est bien ça ?

Si oui, alors j'ai une question qui en découle directement : Supposons qu'on alimente un condensateur et une bobine uniquement de sorte à ce que l'impédance totale soit nulle, ça veut dire que le courant est nul, que la puissance est nulle, alors que la tension peut être aussi grande que l'on veut ?
(Cas idéal je me doute qu'une résistance nulle est impossible)

Remoi,
Attention de ne pas etre ambigue dans ta description !
(....donc la tension à laquelle la ligne est soumise devient faible..) Ca c'est la PERTE en ligne et non pas
la tension de la ligne)

La tension à laquelle est soumise la ligne (plusieurs milliers de volts)
et la PERTE de tension dans la ligne..... c'est pas la meme chose !!

Comment définis tu..."impédance nulle" dans ton esprit ?
Qui...n'existe pas ( pas de conduction) ou au contraire (qui se laisse traverser SANS perte) ?
Si cela se laisse traverser SANS perte, alors OUI dans la "traversée" on ne perd rien....mais le courant existe..puisqu'il ...traverse.
Pas de perte dans la "traversée".
On peut considérer qu'un bout de fil éléctrique à une impédance nulle: il ne consomme pas de puissance, le courant peut
etre fort élevé dans le conducteur. L'isolement (tenue en tension) limitera le maximum de tension

[Bitrode]

Beaucoup de confusion dans les notions que tu abordes, il faut cadrer les conditions.
Une charge ayant une puissance constante voit son courant absorbé diminuer proportionnellement et inversement à U, comme cela a été dit plusieurs fois plus haut.
Si la charge est une résistance elle va s'opposer au courant qui la traverse et si U augmente alors I va augmenter aussi MAIS sa puissance ne sera plus constante, si tu augmentes trop elle va cramer.
Prends une ampoule électrique, si elle est caractérisée pour 100W à 230V et que tu lui appliques 400V elle va vite mourir.

[Archi3]

Pardon, je dis n'importe quoi, il faut que l'impédance soit forte pour que le courant soit faible...
OK, en tout cas j'ai compris. Merci encore

si la résistance est nulle (ou l'impédance), la tension est nulle et l'intensité est indéfinie (elle dépend du reste du circuit) , tu peux mettre n'importe quelle I dans 0 =0x I

c'est le cas d'un supraconducteur. Evidemment la dissipation est nulle aussi.

[superkarl]

@Bitrode Oui, je suis d'accord, je crois que tout n'est pas clair pour moi ici, mais sur la puissance, ça va c'est plutôt sur la loi d'Ohm.

Remoi,
Attention de ne pas etre ambigue dans ta description !
(....donc la tension à laquelle la ligne est soumise devient faible..) Ca c'est la PERTE en ligne et non pas
la tension de la ligne)

La tension à laquelle est soumise la ligne (plusieurs milliers de volts)
et la PERTE de tension dans la ligne..... c'est pas la meme chose !!

Donc tu me dis que dans U=RI, U c'est la perte de tension et non la tension ? OK, mais est-ce que la perte de tension est égale à la tension du générateur s'il n'y a qu'un seul composant d'alimenté ? En fait je pense que tu mets le doigt sur un truc fondamental dans ma mauvaise compréhension.

Comment définis tu..."impédance nulle" dans ton esprit ?
Qui...n'existe pas ( pas de conduction) ou au contraire (qui se laisse traverser SANS perte) ?
Si cela se laisse traverser SANS perte, alors OUI dans la "traversée" on ne perd rien....mais le courant existe..puisqu'il ...traverse.
Pas de perte dans la "traversée".
On peut considérer qu'un bout de fil éléctrique à une impédance nulle: il ne consomme pas de puissance, le courant peut
etre fort élevé dans le conducteur. L'isolement (tenue en tension) limitera le maximum de tension

Oui, c'est ça : pas de perte de courant.

si la résistance est nulle (ou l'impédance), la tension est nulle et l'intensité est indéfinie (elle dépend du reste du circuit) , tu peux mettre n'importe quelle I dans 0 =0x I

c'est le cas d'un supraconducteur. Evidemment la dissipation est nulle aussi.

Je comprends mathématiquement pourquoi il est nécessaire que U = 0 mais physiquement pour moi on a un générateur de tension, U est fixée et c'est I qui s'adapte. Alors après si on parle de perte de tension, là OK, mais justement je pense que c'est là dessus que je dois avoir un manque de compréhension, d'autant que pour moi s'il n'y a qu'un seul composant alimenté, j'ai toujours cru comprendre que U_récépteur=U_générateur.

[stefjm]

Je comprends mathématiquement pourquoi il est nécessaire que U = 0 mais physiquement pour moi on a un générateur de tension, U est fixée et c'est I qui s'adapte.

Le courant I est surtout dicté par la charge et très peu par la résistance de la ligne.

Alors après si on parle de perte de tension, là OK, mais justement je pense que c'est là dessus que je dois avoir un manque de compréhension, d'autant que pour moi s'il n'y a qu'un seul composant alimenté, j'ai toujours cru comprendre que U_récépteur=U_générateur.

Dans ce cas, vous négligez la résistance de la ligne donc peut importe la tension.
En tenant compte de la résistance de ligne R :
U_récépteur + R.I=U_générateur

[jiherve]

bonsoir,
la ligne de distribution présente toujours une resistance (impedance) donc le générateur voit la resistance(impedance) de cette ligne plus celle du récepteur et on à en continu:
Ugen = Rligne*Irec+Rrec*Irec.
les pertes sont égales à Rligne*Irec
en alternatif
Ugen = Zligne*IRec+Zrec*IRec.
JR

[f6bes]

Bjr superkarl,
Hum, "....Donc tu me dis que dans U=RI, U c'est la perte de tension et non la tension ? OK, mais est-ce que la perte de tension est égale à la tension du générateur s'il n'y a qu'un seul composant d'alimenté ? En fait je pense que tu mets le doigt sur un truc fondamental dans ma mauvaise compréhension...."
Réfléchi un tout peu !!!

SI la PERTE de TENSIONS... EST égale à la TENSION du générateur...... que va t il rester APRES les pertes !!...... RIEN.
Générateur= 10 000volts MOINS ....perte (égale au générateur) 10 000 volts = ZERO...la tete à toto !

Donc ce n'est JAMAIS le cas.
Bonne journée

Donc tu ne pourrais alimenter quoi que ce soi !!

[Archi3]

Oui, c'est ça : pas de perte de courant.
Je comprends mathématiquement pourquoi il est nécessaire que U = 0 mais physiquement pour moi on a un générateur de tension, U est fixée et c'est I qui s'adapte.

mathématiquement un générateur de tension branché sur une résistance nulle donne un courant infini puisque I = U/R . Evidemment ce sont des objets théoriques qui n'ont pas de réalisation pratique.

Alors après si on parle de perte de tension, là OK, mais justement je pense que c'est là dessus que je dois avoir un manque de compréhension, d'autant que pour moi s'il n'y a qu'un seul composant alimenté, j'ai toujours cru comprendre que U_récépteur=U_générateur.

oui mais si tu mets la résistance de la ligne en jeu, tu n'as pas deux composants mais trois (au moins) : le générateur, la ligne d'alimentation et la charge dans laquelle elle débite. tu as donc Ugen = Uligne+Ucharge et c'est juste Uligne qui est égale à RI , et Uligne ce n'est pas la tension par rapport au sol mais la différence de potentiel aux bornes de la ligne.

[antek]

En souhaitant qu'un schéma simpliste aide . . .

Avec ça tu devrais trouver qui consomme quoi.

[superkarl]

J'ai compris, merci à tous pour votre pédagogie.