5.7 Chauffage électrique

a) types d’éléments chauffants électriques

            Le fait qu'une résistance qui chauffe transforme finalement une énergie électrique entièrement en énergie thermique est mis à profit dans le chauffage électrique. Une chaufferette électrique radiante est composée d'un solénoïde de nichrome. Ce matériau est choisi parce qu'il ne fond qu'à la température de 1500 °C et ne s'oxyde pas. Le fil est porté à une température de l'ordre de 900 °C par effet Joule; un miroir, placé derrière l'élément, renvoie vers l'avant les rayons de chaleur émis vers l'arrière. Dans le cas d'une chaufferette électrique à convection, un éventail souffle l'air à être chauffé sur le filament de nichrome: celui-ci, refroidi ainsi avec l'air ambiant, ne dépasse pas la température de 450 °C. C'est l'air qui a servi à le refroidir qui, réchauffé, est soufflé dans la pièce. Dans ces deux cas, la résistance à chauffer est mise sous une tension de 120 V. Dans le cas d'un radiateur de plinthe, utilisé pour le chauffage électrique permanent d'une maison, l'élément chauffant est mis sous une tension de 240 V.

            Ces éléments ne sont jamais mis sous des tensions autres que celles mentionnées. Ils ne peuvent donc dépenser qu'une seule puissance électrique de, par exemple, 1250 W; sans quoi, débranchés, ils ne dépensent rien. Un interrupteur thermique détermine quand ils sont ou non sous tension.

b) thermostat

            L'interrupteur thermique, ou thermostat, comprend deux languettes d'alliages conducteurs différents, l'un en bronze B , un alliage de cuivre et d'étain, et l'autre en invar I , un alliage d'acier et de nickel, inventé en 1907. Une lame de bronze change facilement de longueur sous l'action de la température; elle s'allonge si la température monte, et se raccourcit, si elle diminue. Une lame d'invar, par contre, ne change pas appréciablement de longueur avec la température (d'où son nom). Ces deux lames sont rivetées ensemble à chaque bout et à un cadre C dans le cas d'une extrémité. Ces deux lames ont même longueur à une température donnée, disons de 20 °C. Si elles sont portées à une température de 25 °C, disons, celles-ci plient de telle sorte que la lame de bronze B soit sur un arc de cercle de plus grand rayon puisqu'elle s'étire alors que celle d'invar I reste de même longueur. Si elles sont portées à une température de, disons, 15 °C, celles-ci plient de telle sorte que la lame de bronze B soit sur un arc de cercle de plus petit rayon puisqu'elle se raccourcit alors que celle d'invar I reste de même longueur.

            Le thermostat comprend ces deux lames, placées comme sur le croquis ci-contre, et une troisième en métal M, chacun avec un contact métallique D et E , contacts qui se font face. La température désirée est réglée à l'aide d'une vis V filetée. Tournée dans le sens des aiguilles d'une montre, la vis s'enfonce et fait plier une lame métallique M vers les deux lames rivetées: les contacts D et E se touchent même quand la lame bimétallique plie vers l'extérieur lors d'une température plus chaude. Tournée dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, la vis se retire et fait plier la lame métallique M vers la droite: les contacts D et E ne se touchent plus que quand la lame bimétallique plie vers la droite lors d'une température plus froide.

            Le thermostat se trouve à couper le circuit dans lequel se trouve l'élément chauffant quand les contacts D et E ne se touchent pas.

c) élément d’une cuisinière électrique

            Ce même genre d'interrupteur se retrouve pour régler l'élément d'une cuisinière électrique. Celui-ci est formé d'un fil conducteur enrobé d'un isolant épais. Le fil conducteur, une fois placé sous la tension de 240 V, par exemple, dégage une puissance de 1250 W. Encore une fois, ou l'élément dépense une puissance électrique de 1250 W, ou il ne dépense rien. Si l'effet désiré est une puissance moyenne de 500 W, il s'ensuit que l'élément devra dépenser une puissance de 1250 W pendant 40% du temps, et rien du tout pendant le reste.

            Le rôle de l'isolant épais est double: d'abord, de protéger l'utilisateur d'une tension électrique dangereuse de 240 V; puis, de régulariser le débit de chaleur fourni par le fil électrique. Sa capacité thermique considérable fait qu'il s'échauffe et se refroidit lentement. Il se trouve donc à dégager une puissance assez proche de la puissance moyenne dépensée. Evidemment, il reste qu'il dégage le plus de puissance vers la fin du laps de temps durant lequel le fil est sous tension, et le moins à la fin du laps de temps où le fil électrique n'est pas sous tension.