Je ne comprends pas ce qu'est réellement le pouvoir

Je me rends compte que c'est probablement une question super courante, mais je dois le dire avec mes propres mots.

J'essaie de comprendre la loi d'Ohm avec l'analogie avec l'eau. Deux réservoirs d'eau, l'un avec un niveau plus élevé que l'autre, et un tuyau reliant les deux. L'eau veut couler. Il y a une valve qui représente une résistance.

Ce qui commence ma confusion, c'est quand je commence à penser à la dissipation thermique dans un circuit électrique. D'où vient cette chaleur?

Cela ne peut pas provenir de la pression, de la tension, car si c'était le cas, la valve devrait être extrêmement chaude s'il y a simplement assez d'eau dans le plus haut des deux réservoirs, exerçant ainsi beaucoup de pression sur la valve.

J'ai lu que la chaleur provient du flux réel d'électricité, du courant. Au début, cela semble intuitif. Mais ensuite je progresse pour considérer ce qu'est le pouvoir. C'est là que la confusion s'installe. Parce que si je double la pression et double la résistance, le courant reste le même. Je pense que cela signifierait que la dissipation thermique resterait la même.

Mais la puissance double. Alors qu'est-ce que cela signifie réellement alors?

Mon réservoir s'est-il vidé dans l'autre réservoir à un rythme différent en raison de la puissance plus élevée, même si le flux de courant réel est resté constant?

Qu'est-ce que le pouvoir?

Vous pouvez penser à ce qui arrive au flux d'électrons dans le fil. Bien que ce ne soit pas vrai, essayez de considérer l'électron comme une particule mécanique. Chaque fois qu'il essaie de se déplacer dans le fil, il heurte quelque chose et cette collision génère de la chaleur. Vous pouvez donc penser à une énergie transférée de l'énergie cinétique de l'électron à la chaleur (donc la vitesse des électrons diminue à ce moment-là). Ainsi, les électrons n'ont pas une vitesse constante tout le temps, mais on peut dire qu'ils ont une vitesse moyenne et cette vitesse moyenne dépend de la résistance du fil qui est exactement ce obstacles que l'électron frappe.

Le fil ne deviendrait pas chaud s'il n'avait aucune résistance. Donc, aucun câble ne serait consommé.

Lorsque vous doublez la tension et doublez également la résistance, vous pouvez penser que le champ électrique à l'intérieur du fil est plus élevé, de sorte que l'électron peut atteindre une vitesse élevée plus rapidement qu'avec une tension inférieure. Mais la résistance est également plus élevée, de sorte qu'elle peut heurter ses obstacles de manière plus forte. Ainsi, la vitesse moyenne peut devenir la même (le courant est le même), mais maintenant vous dissipez plus de chaleur car les collisions sont plus fortes.

C'est une façon très grossière de penser, mais cela peut vous aider à imaginer pourquoi les choses sont telles qu'elles sont par certaines analogies.

En outre, vous pouvez penser la puissance en Joules par seconde (Watt). Il s'agit donc d'une unité d'énergie par temps. Dans l'exemple de la loi ohms, cela s'applique à la dissipation thermique. En d'autres termes, combien d'énergie est gaspillée en chaleur dans le fil. Si vous pensez aux systèmes mécaniques, la puissance peut représenter la quantité d'énergie nécessaire pour déplacer quelque chose (vous pouvez calculer son énergie cinétique minimale pour atteindre la vitesse souhaitée et ainsi calculer la quantité d'énergie que vous devez transférer vers cet objet pour atteindre cette vitesse). Donc, comme le pouvoir est directement lié à l'énergie, vous pouvez penser que l'énergie est toujours transférée d'une manière à l'autre. La puissance peut indiquer à quelle vitesse ces choses se produisent.

Pour une analogie mécanique, considérez la résistance électrique comme un frottement mécanique , la tension comme une force et le courant comme une vitesse .

Supposons qu'il existe un objet, soumis au frottement, se déplaçant à vitesse constante (ceci est analogue à un circuit résistif à courant constant).

Il doit y avoir une force appliquée (analogue à une source de tension) et une force de friction opposée (analogue à la tension aux bornes de la résistance).

Maintenant, comme vous avez observé sûrement, la friction convertit l' énergie cinétique à l' énergie thermique (pensez à la façon dont les freins chauffent lors de l' arrêt de votre voiture rapidement d'une grande vitesse).

La puissance associée est le taux de cette conversion d'énergie; c'est la quantité d'énergie cinétique convertie en énergie thermique par seconde .

$F_f$

Cela devrait être intuitif pour vous. Si vous déplacez lentement vos mains ensemble, vous ne ressentirez pas beaucoup de chaleur. Si vous déplacez rapidement vos mains ensemble, vous pouvez les réchauffer rapidement.

La force de friction est donnée par:

$\mu$

Enfin, répondons à votre question:

Parce que si je double la pression et double la résistance, le courant reste le même. Je pense que cela signifierait que la dissipation thermique resterait la même.

Mais la puissance double. Alors qu'est-ce que cela signifie réellement alors ?

Dans notre analogie mécanique, que se passe-t-il si nous doublons le frottement (ce qui est analogue au doublement de la résistance) et supposons que la vitesse de l'objet reste la même (ce qui est analogue au courant restant le même)?

La force de friction double et ainsi, la puissance due à la force de friction double .

Mécaniquement, c'est intuitif. Si vous êtes dans une voiture à vitesse constante et que la friction de roulement double soudainement, vous devrez doubler la puissance du moteur (appuyez plus fort sur la pédale d'accélérateur) pour maintenir votre vitesse .

La puissance est d'abord et avant tout un taux de changement d'énergie. Si l'énergie était de l'argent, la perte d'énergie serait vos dépenses mensuelles, et l'énergie gagnée serait votre revenu mensuel. S'ils sont tous deux égaux, il n'y a pas de changement net d'énergie chaque mois.

Mais qu'est-ce que l'énergie vraiment? L'énergie est la chose dont vous avez besoin pour travailler, comme soulever quelque chose de lourd (contre un champ gravitationnel), ou séparer deux aimants (contre un champ magnétique), ou déplacer des particules chargées (contre un champ électrique). C'est ce dernier exemple qui s'applique à l'électricité de base.

Vous pouvez généralement définir une sorte de particule qui est sensible et peut être déplacée en étant dans un champ, et un champ est juste un moyen de visualiser et de quantifier dans les degrés de liberté de cette particule (comme les coordonnées spatiales), la force et dans quelle direction il est poussé.

Le déplacement physique de cette particule à travers le champ nécessite donc de l'énergie. Si vous définissez un point arbitraire A dans le champ et calculez l'énergie pour amener une particule à un autre point B, vous pourriez dire que le point B a un potentiel égal à cette énergie. Puisque A était arbitraire, il est logique de parler de différences potentielles.

Dans le contexte d'un champ électrique, la sensibilité des particules (comme les électrons) à ce champ est appelée charge, et les unités sont appelées Coulombs. Le potentiel a donc des unités d'énergie / charge, ou [Joules] / [Coulomb], ce qui est identique à Voltage .

Donc, si vous avez une différence de potentiel entre les points A et B dans un circuit (une tension), et qu'il y a une certaine quantité de charge allant de A à B à un certain taux (un courant), alors il y a un taux d'énergie en cours d'utilisation (alimentation). Peu importe comment ils sont passés du point A au point B (via un fil, des résistances, des diodes, des transistors, de l'air, un crayon, etc.), tout ce qui compte, c'est la tension et le courant, et la puissance est leur produit:

Vous pouvez vérifier les unités:

$P=V^2/R$$P=V\cdot I$$P=V^2/R$

J'espère que maintenant il devrait être plus clair pourquoi sans courant il ne peut y avoir de puissance (vous ne déplacez aucune particule chargée, donc aucun travail n'est en cours), et pourquoi la puissance ne dépend pas seulement du courant (déplacement des charges à travers le potentiel nul ne nécessite aucun «effort»). Il s'agit vraiment du montant des frais que vous déplacez par unité de temps et de la différence potentielle.

Par définition, la puissance EST le taux auquel l'énergie est transférée ou variée.
Si vous considérez cela comme un élément fondamental, toutes les autres questions doivent avoir un sens à cet égard.
Si la question ne «respecte» pas cette définition, alors la question n'a pas de sens.
Essayer de comprendre les réponses à des questions absurdes est semé d'embûches :-).

Cela ne peut pas provenir de la pression, de la tension, car si c'était le cas, la valve devrait être extrêmement chaude s'il y a simplement assez d'eau dans le plus haut des deux réservoirs, exerçant ainsi beaucoup de pression sur la valve.

Vous avez de la pression mais pas de débit. L'énergie n'est pas transférée - aucune puissance n'est requise.

J'ai lu que la chaleur provient du flux réel d'électricité, du courant. Au début, cela semble intuitif. Mais ensuite je progresse pour considérer ce qu'est le pouvoir. C'est là que la confusion s'installe. Parce que si je double la pression et double la résistance, le courant reste le même. Je pense que cela signifierait que la dissipation thermique resterait la même. Mais la puissance double. Alors qu'est-ce que cela signifie réellement alors?

Suivez l'énergie.
Comme I = V / R = 2V / 2R, le courant ne changera pas lorsque V et R seront doublés.
MAIS l'énergie nécessaire pour pousser le même courant à travers un tuyau de deux fois la résistance est double. Oui?
c'est-à-dire doubler la pression et la résistance -> le courant est le même mais le débit d'énergie est doublé donc la puissance est doublée.

Notez que la puissance

= VI = V ^ 2 / R = I ^ 2R.

Ces formules sont fonctionnellement identiques et interchangeables.
Vous pouvez passer de l'un à l'autre en substituant simplement des variables.
Si l'un d'eux vous semble logique, le reste peut en être dérivé simplement en branchant des variantes pour les variables basées sur la loi d'Ohm.

par exemple
P = V x I Mais V = IR
Donc P = IR x I = I ^ 2R

P = I ^ 2R Mais I = V / R Donc P = (V / R) ^ 2 = V ^ 2 / R

Si vous êtes satisfait que le pouvoir soit «expliqué» par l'un des VI ou V ^ 2 / R ou I ^ R, alors ce qui précède vous permet de montrer que les autres sont identiques.

P = V x I
Le taux d'énergie est proportionnel à la quantité de choses poussées et à la force avec laquelle elles sont poussées.

P = I ^ 2R
Le taux d'énergie est proportionnel à la façon dont les trucs durs sont poussés MAIS proportionnel au carré de la quantité de trucs qui sont poussés parce que lorsque vous doublez la quantité de trucs poussés à travers un tuyau donné, non seulement vous obtenez autant de trucs par temps MAIS il est deux fois plus difficile de le pousser.

P = V ^ 2 / R
Le taux d'énergie est proportionnel au carré de la force de poussée MAIS inversement proportionnel à la difficulté de le pousser.
1 / R est facile car moins d'effort = moins d'énergie nécessaire.
Si vous doublez la force utilisée, vous doublez la quantité de force utilisée afin que le taux d'énergie augmente MAIS le débit double également (I = V / R), vous devez donc pousser deux fois plus deux fois plus fort, d'où le terme V ^ 2.

Tout devient clair.
Tout est cohérent.
Tout peut être converti entre différentes façons de le dire.
Chaque fois que l'un de ces 3 ne semble pas être vrai, attaquez la «raison» pour laquelle cela ne semble pas être le cas et vous constaterez que le raisonnement a un défaut.
par exemple, dans le premier exemple donné, il n'y avait pas de flux de courant donc pas de transfert d'énergie donc pas de puissance.