1. Les formes d'énergie et leurs conversions
L'énergie est ce qui permet de chauffer, éclairer, déplacer, cuire... Elle existe sous plusieurs formes :
- électrique (prises, batteries) ;
- thermique (chaleur : four, radiateur) ;
- lumineuse (lumière : LED, soleil) ;
- mécanique (mouvement : moteur, perceuse) ;
- chimique (stockée : pile, gaz, aliments).
L'énergie ne se perd pas : elle se convertit d'une forme à une autre. On décrit ces conversions avec une chaîne énergétique : source → convertisseur → énergie utile (+ pertes, souvent en chaleur).
Exemple atelier : une perceuse : énergie électrique → énergie mécanique (rotation du foret) + un peu de chaleur et de bruit (pertes).
Exemple cuisine : une friteuse : énergie électrique → énergie thermique.
2. Le circuit électrique : tension et intensité
Un circuit électrique est une boucle fermée : générateur (pile, prise) → fils → récepteur (lampe, moteur). Si la boucle est coupée (interrupteur ouvert, fil coupé), plus rien ne fonctionne.
Dans un circuit en série, tous les dipôles sont branchés à la suite, sur une seule boucle.
Tension U : elle s'exprime en volts (V) et se mesure avec un voltmètre branché en dérivation (aux bornes du dipôle). En France, la prise de courant fournit 230 V.
Intensité I : c'est le débit du courant. Elle s'exprime en ampères (A) et se mesure avec un ampèremètre branché en série.
Lois du circuit série : l'intensité est la même partout ; la tension du générateur se partage entre les dipôles (loi d'additivité des tensions).
Brancher un multimètre :
- Voltmètre : calibre « V », en dérivation aux bornes du dipôle, borne COM au −.
- Ampèremètre : calibre « A » (commencer par le plus grand), en série dans la boucle.
- Ne jamais brancher un ampèremètre directement aux bornes d'une pile ou d'une prise : court-circuit !
3. La loi d'Ohm
Un conducteur ohmique (résistance) s'oppose au passage du courant. Sa résistance R s'exprime en ohms (Ω).
Loi d'Ohm : U = R × I
- U : tension aux bornes du dipôle, en volts (V)
- R : résistance, en ohms (Ω)
- I : intensité qui le traverse, en ampères (A)
Formules dérivées : R = U / I et I = U / R.
Exemple atelier : un éclairage d'établi est traversé par un courant de 0,5 A ; sa résistance vaut 46 Ω.
U = R × I = 46 × 0,5 = 23 V. Le générateur doit fournir 23 V pour ce fonctionnement.
4. Puissance et énergie électrique
La puissance P indique « à quelle vitesse » un appareil consomme l'énergie. Elle s'exprime en watts (W). Elle est inscrite sur la plaque de chaque appareil (ex. : « four 2 000 W »).
P = U × I
- P : puissance en watts (W)
- U : tension en volts (V)
- I : intensité en ampères (A)
Énergie consommée : E = P × t
- Si P en W et t en secondes → E en joules (J).
- Si P en kW et t en heures → E en kilowattheures (kWh), l'unité des factures.
Rappel : 1 kW = 1 000 W. 1 kWh = l'énergie d'un appareil de 1 000 W pendant 1 h.
Exemple facture : un four professionnel de 3 kW fonctionne 4 h par jour.
E = P × t = 3 × 4 = 12 kWh par jour. À 0,20 € le kWh : 12 × 0,20 = 2,40 € par jour, soit plus de 60 € par mois. Éteindre les appareils inutiles fait baisser la facture.
5. La sécurité électrique
Le corps humain conduit le courant. Le danger dépend de l'intensité qui traverse le corps : à partir de quelques dizaines de mA, le courant peut bloquer les muscles et le cœur. Les installations sont protégées par :
- le fusible ou le disjoncteur : coupe le circuit si l'intensité est trop grande (court-circuit, surcharge) ;
- la prise de terre : évacue les courants de défaut vers le sol ;
- l'interrupteur différentiel (30 mA) : coupe le courant en une fraction de seconde en cas de fuite ;
- les fusibles des multiprises et la puissance maximale à respecter.
Règles vitales : ne jamais utiliser un appareil électrique les mains mouillées ou près de l'eau ; ne pas surcharger une multiprise ; ne jamais réparer un appareil branché ; vérifier l'état des câbles en atelier (gaine coupée = danger) ; utiliser des outils à double isolation ou basse tension sur chantier humide ; couper le courant au disjoncteur avant toute intervention et vérifier l'absence de tension.