samedi 3 octobre 2015

Puissance induite et énergie

Calorimétrie N°2

Energie, puissance, induction

Explication fondamentale

La relation entre une puissance exprimée en Watts et une énergie exprimée en Joules dépend aussi du facteur temps exprimé en secondes.

 La quantité de Joules (Q) est une puissance (P) exprimée en Watts et multipliée par un temps (T) en secondes.

On retiendra la formule suivante :

Q(en Joules) = P(en Watts) x T(en secondes)

Donc

P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)

Dans notre exemple ci-dessus pour l’eau, il faut fournir 4,186 Joules ou 1 Calorie pendant un temps de 1 seconde pour élever de 1°C un poids de 1g d’eau.

La Calorie est une ancienne mesure qui a été remplacée par le Joule.

Je rappelle que 1 Calorie = 4,186 Joules

La puissance utile transmise de la source 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.

Si maintenant je souhaite élever cette température toujours de 1°C mais pour un litre d’eau soit un poids de 1 Kg en un temps de 1 seconde, la puissance à fournir sera de 1000 fois supérieure :

P = 4,186 x 1000 = 4186 Watts.

Il faudra déjà utiliser une source de puissance non négligeable, comme un générateur pour le chauffage par induction par exemple. 

Applications aux métaux

Prenons un autre cas concret se rapportant à un métal, soit le fer en l’occurrence.

La masse calorifique du fer est de 0,470 Joule/Gramme.°C, ce qui signifie que pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1 gramme de fer, il faudra injecter à ce gramme de fer une énergie de 0,470 Joule durant 1 seconde.

Si la masse poids du fer est maintenant de 1Kg, soit 1000 grammes, alors pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1Kg de fer, il faudra injecter à ce Kg de fer une énergie de 0,470 Joule x 1000 durant 1 seconde, soit une énergie de 470 Joules.

Maintenant calculons la puissance nécessaire pour fournir cette énergie de 470 Joules.

Je rappelle la formule à utiliser:

P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)

soit 

P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) = 470 Watts.

Supposons maintenant que l’on souhaite augmenter la température de notre 1Kg de fer de 10°C en une seconde.

La puissance nécessaire sera de:


P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) x 10°C = 4700 Watts.

En d’autres termes, si j’ai un bloc de 1Kg de fer 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 4700 Watts.

Un autre cas par exemple, j’ai un brasage par induction à réaliser avec de la brasure étain et la température à atteindre est de 200°C.

Si le bloc de 1 Kg de fer est à 20°C, pour passer à 200°C, il est nécessaire d’augmenter la température de 200°C – 20°C = 180°C. Et si j’exige que cette température soit obtenue en 1 seconde, alors la puissance à injecter sera de:

P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) x 180°C = 84600 Watts.

Nous constatons que cette puissance devient très importante et nous verrons comment adapter cette application de manière utilisable plus facilement.

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