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Concept
Effet Joule
Résumé
vignette|Échauffement par effet Joule de la bobine d'un grille-pain.
L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique qui se produit lors du passage d'un courant électrique dans tout matériau conducteur. L'effet porte le nom du physicien anglais James Prescott Joule qui l'a découvert en 1840.
De manière générale, le courant électrique est assuré par le mouvement des charges électriques. Ces porteurs de charge en mouvement interagissent avec les atomes constitutifs du milieu dans lequel ils se déplacent ce qui constitue un frein, une résistance à leurs déplacements. Pour transférer une quantité déterminée de courant électrique par ce câble, il faut donc fournir une puissance supplémentaire à celle nécessaire à l'extrémité du conducteur, qui sera dissipée lors des interactions avec les atomes, sous forme d'énergie thermique (dissipation d'énergie électrique sous forme de chaleur). Il s'agit de l'effet Joule.
Une seule exception à cette règle : les supraconducteurs, qui nécessitent des conditions particulières pour conserver leur propriété.
L'effet Joule est un effet thermique qui se produit lors du passage du courant électrique dans un conducteur. Il se manifeste par une augmentation de l'énergie interne du conducteur et généralement de sa température.
L'énergie dissipée sous forme de chaleur entre deux instants t1 et t2 par un dipôle de résistance R traversé par un courant d'intensité i s'écrit :
avec :
Q en joules (J),
R en ohms ,
i en ampères (A),
t en secondes (s)
La puissance moyenne vaut donc :
avec : P en watts (W)
En régime de courant périodique l'expression de la puissance peut se mettre sous la forme :
avec , la valeur efficace de l'intensité du courant.
En régime de courant continu l'expression de la puissance devient :
Si ce dipôle vérifie la loi d'Ohm, on peut écrire :
avec , la valeur efficace de la tension à ses bornes.
À l'échelle locale, la puissance dissipée par effet Joule par unité de volume est donnée par
où jeff est la valeur efficace de la densité de courant j(t) et ρ est la résistivité du matériau.
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