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samedi 3 octobre 2015

Énergie en Joules et puissance en Watts

Relation fondamentale

Une puissance est exprimée en Watts et une énergie est exprimée en Joules le facteur temps exprimé en secondes lie ces deux unités Watts et Joules. La quantité de Joules (Q) est une puissance (P) exprimée en Watts et multipliée par un temps (T) en secondes.

Soit la formule suivante :
Q(en Joules) = P(en Watts) x T(en secondes)
Alors
P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)

Exemple : il faut fournir 4,186 Joules ou 1 Calorie pendant un temps de 1 seconde pour élever de 1°C un poids de 1gramme d’eau.

La Calorie est une ancienne mesure remplacée par le Joule.

Que vaut la Calorie ?
1 Calorie = 4,186 Joules

Une source de puissance capable de produire une puissance en Watts est de :
P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)
Soit
P(Watts) = 4,186(Joules) : 1(seconde) = 4,186 Watts.

Maintenant pour élever cette température toujours de 1°C mais pour un poids de 1 Kg d’eau en un temps de 1 seconde, il faudra fournir 1000 fois plus de puissance:

P = 4,186 x 1000 = 4186 Watts.

Cette puissance à injecter est non négligeable, et on peut envisager un générateur pour le chauffage induction par exemple pour produire 4186 Watts. 

Cas des métaux
Prenons un autre cas concret se rapportant à un métal, soit la fonte.
La masse calorifique de la fonte est de 0,544 Joule, ce qui signifie que pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1 gramme de fonte, il faudra injecter à ce gramme de fonte une énergie de 0,544 Joule durant 1 seconde.
Si le poids de la fonte est maintenant de 1Kg, soit 1000 grammes, alors pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1Kg de fonte, il faudra injecter à ce kilogramme de fonte une énergie de 0,544 Joule x 1000 durant 1 seconde, soit une énergie de 544 Joules.
Puissance nécessaire pour fournir cette énergie de 544 Joules.
la formule à utiliser est:
P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)   soit       P(Watts) = 544(Joules) : 1(seconde) = 544 Watts.

Supposons maintenant que l’on souhaite augmenter la température de notre 1Kg de fonte de 10°C en une seconde.
Qu’elle sera la puissance nécessaire :
P(Watts) = 544(Joules) : 1(seconde) x 10°C = 5440 Watts.
Donc si j’ai 1Kg de fonte à 20°C et je souhaite que sa nouvelle température atteigne 30°C en un temps de 1seconde, il me faudra donc une puissance de 5440 Watts.

Un autre calcul : j’ai un brasage induction utilisant de la brasure à l’étain.
La température à atteindre est de 200°C. http://www.himmel-france.com/brasage-soudage/
Si ce morceau de 1Kg de fonte est à 20°C, pour passer à 200°C, il est nécessaire d’augmenter la température de 200°C – 20°C = 180°C.
Admettons que cette température soit obtenue en 1 seconde, alors la puissance à injecter sera de :
P(Watts) = 544(Joules) : 1(seconde) x 180°C = 97920 Watts.

Cette puissance est très importante. Comment donc adapter un générateur qui permettra d’atteindre la température de 200°C mais avec une puissance moindre.
Ceci fera l’objet d’un prochain article.