Approfondir : puissance et rendement

La puissance, c'est la pression multipliée par le débit : P = U × I. L'intuition est limpide avec l'eau : un gros débit sous une chute minuscule ne fait pas tourner un moulin, une chute vertigineuse sans débit non plus — il faut les deux. Applique aux nôtres : la LED, 2 V à ses bornes et 20 mA, dépense 2 × 0,02 = 0,04 W. Le moteur, 4,5 V et 300 mA : 4,5 × 0,3 = 1,35 W — environ trente-quatre fois la LED.

La formule vaut pour TOUT le monde, sources comprises : la pile qui débite 320 mA sous 4,5 V FOURNIT 4,5 × 0,32 = 1,44 W — exactement la somme de ce que les récepteurs reçoivent (0,09 W pour la branche LED, 1,35 W pour le moteur). Fais cette addition à chaque montage : si ce que fournit la source n'égale pas ce que reçoivent les composants, c'est ton bilan qui est faux, jamais la physique.

Une étiquette « 1000 mAh » ne donne pas l'énergie : elle compte un débit × une durée — mille milliampères pendant une heure, une réserve de charges. Pour obtenir l'énergie, multiplie par la pression qui pousse ces charges : E = U × capacité. Notre pile : 4,5 V × 1 Ah = 4,5 Wh. N'oublie pas le passage 1000 mAh → 1 Ah, sinon tu annonceras 4 500 Wh — mille fois trop.

Conséquence à retenir : deux batteries de même capacité en mAh ne stockent pas la même énergie si leurs tensions diffèrent. 1000 mAh sous 3,7 V font 3,7 Wh ; 1000 mAh sous 7,4 V en font 7,4 — le double. Compare toujours des wattheures avec des wattheures : c'est la seule monnaie commune de l'énergie.

L'énergie ne se détruit jamais : elle change de forme. Suis la branche LED : la pile fournit 4,5 V × 20 mA = 0,09 W. La LED en convertit 0,04 W en lumière (et un peu de chaleur). Le reste ? Les 2,5 V restants chutent dans la résistance de limitation : 2,5 × 0,02 = 0,05 W, intégralement en chaleur. Plus de la moitié de la branche chauffe la pièce — c'est le prix de la protection de la LED.

Côté moteur, même comptabilité : sur 1,35 W fournis, une partie devient mouvement utile, le reste chauffe le bobinage et se perd en frottements. Pose la main sur un moteur qui vient de forcer : il est tiède — voilà tes wattheures envolés. Règle d'or du bilan : additionne lumière, mouvement, son… et chaleur ; le total retombe toujours exactement sur ce que la pile a fourni.

Le rendement compare ce qui sert à ce qui est payé : rendement = puissance utile ÷ puissance fournie. Notre moteur reçoit 1,35 W et en livre 0,5 W à la roue : 0,5 ÷ 1,35 ≈ 0,37, soit 37 %. Les 63 % restants — 0,85 W — partent en chaleur. C'est un score honnête pour un petit moteur CC ; aucun composant réel n'atteint 100 %, la chaleur prélève toujours sa part.

Le paradoxe du moteur à vide : sans rien à pousser, il tire encore environ 150 mA (0,675 W)… pour un travail utile presque nul. Rendement : proche de 0 % — tourner n'est pas travailler. Bloqué, c'est 0 % aussi : plein courant, zéro mouvement. Le rendement d'un moteur passe par un maximum quelque part entre les deux ; fais-le travailler ni trop peu, ni trop fort.