Comment fonctionne une cigarette electronique ? loi d’ohm et effet joule.

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Cette news peut arriver un peu tard mais quand on est dans le milieu on oublie souvent de rappeler les bases, on est la tête dans le guidon et on oublie que la cigarette électronique est encore un objet original que la majorité des gens ne connaissent pas très bien… Nous nous proposons donc ici d’expliquer simplement pourquoi et comment la cigarette électronique produit de la vapeur, cela peut toujours servir ! Nous allons parler uniquement de la partie matériel et non du e liquide, il y aura un peu de physique mais tout va bien se passer…Comment fonctionne une cigarette electronique ? loi d’ohm et effet joule.

Alors une cigarette électronique, comment ça marche ?

Une cigarette électronique est toujours composée de 5 produits, selon les modèles ces 5 produits seront très différents sur la forme, ils pourront être réunis ou modifiés mais il y aura toujours 5 produits pour faire fonctionner le tout avec 5 fonctions distinctes.

- Une batterie

- Une résistance

- Des mèches

- Un réservoir

- Du e liquide

Le système global est simple :

La batterie de la cigarette électronique envoi du courant qui passe à travers la résistance qui va chauffer et faire évaporer le liquide contenu dans le réservoir.

C’est l’idée générale mais comme il existe d’innombrables batteries, d’innombrables résistances et d’innombrables réservoirs, il est intéressant de savoir comment cela fonction et pourquoi cela chauffe. C’est intéressant pour bien comprendre les différences et l’intérêt de chaque produit et pour choisir le matériel qui nous convient le mieux. 

Nous avons donc quatre produits :

La batterie : C’est la batterie qui fournit le courant pour alimenter le tout. La batterie se recharge sur une prise secteur ou sur un port USB. Il y a plusieurs types de batteries de différentes autonomies, à tension constante ou tension variable. La batterie délivre du courant qui va passer à travers la résistance.

La résistance : La résistance est tout simplement un filament dans lequel va passer le courant. Le fil est en général en Nichrome, en kanthal ou en inox. Au passage du courant, le fil va chauffer par effet joule. Ce fil est en contact avec le e liquide par le biais des mèches.

Les mèches : Les mèches ont uniquement pour fonction de ramener le e liquide à la résistance. Elles sont reliées d’un côté à la résistance et de l’autre au réservoir. Elles sont imbibées de e liquide et, par capillarité, le liquide remonte la mèche jusqu’à la résistance.

En général, quand on parle de résistance, on associe les 2 produits mèches et résistance sous le nom atomiseur ou simplement résistance.  

Le réservoir : Le réservoir est le récipient dans lequel vous allez mettre le e liquide. Si le réservoir est seul, on parle de cartouche tank. Mais souvent le réservoir est associé à un atomiseur dans un même produit. On parle alors de cartomiseur (cartouche plus atomiseur). Si ce cartomiseur est transparent et qu’on peut voir le liquide dedans, on parle de clearomiseur.

Le e liquide : le e liquide est le produit qui va être chauffé par la résistance via les mèches. Il est contenu dans le réservoir et est en contact avec la résistance par les mèches. Le e liquide est un produit qui s’évapore à basse température. Donc en le chauffant il va faire de la vapeur que l’on aspire par la bouche. Plus d’informations sur le e liquide ici car ce serait trop long: Guide DIY

Donc la batterie fait chauffer la résistance qui fait chauffer le liquide qui produit de la vapeur, ok. Mais pourquoi la résistance chauffe-t-elle et quel est l’effet d’une plus grosse batterie ou d’une plus grosse résistance ?

Tout repose sur l’effet joule :

La batterie délivre du courant qui va circuler dans la résistance de la cigarette électronique. Au passage du courant, la résistance va chauffer par effet joule. L’effet joule est la transformation d’une partie de l’énergie électrique de la batterie en énergie thermique, en chaleur.

Lorsque du courant passe dans un matériau (un câble EDF, un filament, un fil électrique…), le matériau empêche une partie du courant de passer en fonction de sa composition. Les atomes composant le matériau freinent le passage des électrons responsables du courant, ils font office de « résistance ». Cette interaction entre les électrons et les atomes de matériau va dissiper de l’énergie sous forme de chaleur, c’est ce qu’on appelle l’effet joule.

L’effet joule est très contraignant dans de nombreux systèmes si le but n’est pas de chauffer quelque chose, mais peut servir énormément pour des radiateurs par exemple ou pour la cigarette électronique.

Dans un système électrique classique ou l’intérêt est d’alimenter un appareil électrique comme un téléphone, l’effet joule a un effet néfaste car une partie de l’énergie fournie va disparaitre sous forme de chaleur en passant à travers le fil de votre chargeur.

Par contre on peut se servir de l’effet joule pour faire chauffer un système, c’est le cas de la cigarette électronique.

Avec la cigarette électronique, le système est composé uniquement d’un générateur (la batterie) et d’une résistance. Comme c’est la résistance qui crée l’effet joule et que c’est le seul composant du système, l’intégralité de la puissance fournie par le générateur va donc entièrement se dissiper sous forme de chaleur par effet joule. La résistance va chauffer et c’est le but recherché.

C’est donc l’effet joule qui fait chauffer la résistance de votre cigarette électronique. Une cigarette électronique est en fait un petit radiateur.

Un grand merci à James Prescott Joule, physicien Anglais, qui a découvert l’effet qui porte son nom !

Maintenant avec les équations pour bien comprendre.

Notre système électrique (cigarette électronique) est composé d’une batterie et d’une résistance. La batterie fonctionne sous une tension U qui va créer un courant I qui passe dans la résistance R.

La relation entre ces trois grandeurs est définie par la loi d’Ohm : U = R x I

"U" est la tension de la batterie (en V: volt)

"R" la résistance du clearomiseur ou de l'atomiseur (en Ohm)

"I" l'intensité du courant qui traverse la résistance (en A: ampère)

Nous avons déjà parlé de la loi d’ohm La loi d'ohm.

En connaissant la tension de notre batterie et la résistance de notre clearomiseur, on peut donc connaitre l’intensité du courant qui passe dans notre système.

La puissance du système est par définition : P = U x I

Et, comme U = R x I (loi d’Ohm), nous avons : P = U²/R

Comme l’intégralité de la puissance fournie par la batterie à notre cigarette électronique est transformée en chaleur par effet joule c’est la même puissance qui va chauffer le e liquide.  

La puissance de chauffe du e liquide contenue dans le réservoir sera donc : P = U²/R

avec "P" puissance en W (Watt)

Cette formule est importante car on comprend maintenant tout l’effet de la tension et de la résistance sur la puissance de la cigarette.

En changeant la tension U ou la résistance R de notre cigarette électronique, nous modifions sa puissance. Certaines batteries permettent de modifier la tension délivrée, les batteries dites à voltage variable. On voit avec cette formule l’intérêt de modifier la tension : Plus la tension délivré sera forte plus la puissance de chauffe sera importante. Le liquide va s’évaporer plus vite, en plus grosse quantité. Il y aura donc plus de vapeur et plus de HIT. Une petite variation de la tension va faire une grosse modification de puissance puisque le terme est au carré.

De même on peut sur la majorité des cigarettes électroniques modifier la résistance et on comprend là aussi l’intérêt : La résistance est un diviseur dans l’équation, elle limite la puissance. Donc on voit que plus la résistance sera faible plus le liquide va chauffer. Et plus la résistance sera forte moins la cigarette sera puissante, moins il y aura de HIT et de vapeur.

Mais d’un autre côté cela joue aussi sur la décharge de la batterie, plus la puissance sera élevée moins on aura d’autonomie.

Cela permet de choisir son matériel en fonction de ses envies : si l’on veut de la puissance, de la vapeur et du HIT, si l’on veut tousser, c’est grosse tension et/ou faible résistance (attention quand même à ne pas cramer la résistance). Si on veut une cigarette plus light, plus légère, avec grosse autonomie, c’est moins de tension et/ou plus grosse résistance. 

Voilà donc le fonctionnement de la cigarette électronique :

La batterie de la cigarette électronique envoie du courant qui passe à travers la résistance. La résistance va chauffer par effet joule. Le liquide contenu dans le réservoir est emmené à la résistance par les mèches et il va s’évaporer. La puissance de chauffe est égale à U²/I  

Avec tension haute et résistance faible : grosse puissance et peu d’autonomie

Avec tension basse et résistance haute : faible puissance et grosse autonomie

Vous savez tout vous pouvez maintenant choisir votre matériel ou fabriquer votre propre cigarette électronique.

Bonne iClope à tous !