I- LE
COURANT ÉLECTRIQUE :
1) Nature du courant :
Le courant électrique est un déplacement de charges électriques
dans la matière.
Dans les métaux, les porteurs de charges sont les ÉLECTRONS.
Circulation des électrons
Les électrons, chargés négativement
circulent de la borne - vers la borne + du générateur.
Par contre, le sens CONVENTIONNEL
du courant est de la borne + vers la borne du générateur.
L'unité de charge électrique ou
de quantité d'électricité est le COULOMB : Symbole C
La charge de l'électron est de
1,6 x 10 19 C
2) Intensité du courant :
L'intensité du courant est le quotient de la quantité d'électricité
Q par la durée t de passage du courant.
I = 
I en Ampères A
Q en Coulombs
C
t en secondes s
Sous multiples : Le milliampère : 1mA =
Le microampère
: 1µA =
Le nanoampère
: 1nA =
Quelques valeurs de l'intensité :
Lampe d'éclairage : 0,1 A à 5 A
Moteur de machine outil : 10 A
Moteur de locomotive : 500 A
Courant mortel pour
le corps humain : 30 mA
Courant en Electronique : du pA à 1 A
3) Représentation de l'intensité :
Le courant électrique est représenté
sur les schémas par une flèche qui n'indique pas forcément son sens.
L'intensité du courant est une
grandeur algébrique.
Sa valeur est :
-
positive lorsque le courant circule dans le sens de la flèche.
-
négative dans le cas contraire.
Représentation d'un même courant
circulant entre les points A et B.
Exemple :
4) Mesure de l'Intensité :
L'intensité se mesure avec un
AMPÈREMÈTRE placé en SÉRIE dans le circuit.
Symbole de l'ampèremètre.
L’ampèremètre peut-être analogique ou numérique
Précautions à prendre :
Au sens du courant pour le
branchement dans le cas d'un appareil à aiguille.
Au choix du calibre (valeur
maximale mesurable par l'ampèremètre)
Exemple :
Soit un ampèremètre possédant
les calibres :
0,5 A 1 A 3 A
5 A 10 A
La valeur du courant à mesurer
est I = 1,5 A. Quel calibre utilise t'on et pourquoi ?
Si on ne connaît pas l'ordre de
grandeur du courant, il faut toujours commencer par le plus grand calibre
disponible.
5) Loi des Nœuds :
Un nœud est le point de croisement
de plusieurs branches.
La somme des courant qui "arrivent"
au nœud est égale à la somme des courants qui "partent".
Ecrivez la loi des Noeuds dans chaque cas.
Exercice
1 :
Exercice 2 :
Nommer les nœuds du circuit
schématisé ci dessus.
On donne les valeurs :
I1 = 0,82 A
I2 = 0,24 A
I3 = 1,6 A
I4 = 3,6 A
Déterminer la valeur et le sens de passage des courants
dans les dipôles D5, D6, D7, et D1.
II- TENSION :
1)
Notion de tension électrique :
Le passage d'un courant électrique dans certains dipôles
est lié à l'existence entre leurs bornes d'une dissymétrie nommée différence
de potentiel ou Tension. Aux bornes d'une pile ou plus généralement d'un générateur
électrique, il existe aussi cette dissymétrie ou Tension, même en l'absence
de courant débité.
Considérons l'analogie suivante.
Aucun mouvement des gouttes de liquide n'est observé dans les récipients quand les niveaux A et B sont les mêmes.
On peut dire que
les niveaux A et B sont au même potentiel.
S'il existe
une différence entre les surfaces A et B des gouttes de liquide effectueront
un mouvement temporaire pour ramener les niveaux A et B au même niveau.
Le mouvement cesse quand les niveaux sont identique. Le déplacement du liquide
résulte d'une différence de potentiel.
Pour maintenir
la différence de niveau entre les plans A et B donc le débit du liquide de
A vers B, on pourrait installer une pompe.
Dans un circuit électrique, c'est le générateur qui crée
et entretient la dissymétrie.
Il joue le rôle de "pompe à électrons libres".
2) Représentation d'une tension :
Le niveau électrique d'un point
d'un circuit est évalué par la grandeur potentiel électrique.
Le potentiel du point A est noté
VA.
La différence de potentiel (ddp)
entre les points A et B pris dans cet ordre sera notée VA VB
La tension entre le point A et
le point B est UAB = VA
VB
La tension est une grandeur algébrique.
En effet : si VA > VB alors
UAB > 0
si VA
< VB alors UAB < 0
On écrira de même
UBA
= VB - VA = - (VA VB)
UAB
= - UBA
On représente la tension par une flèche dont la pointe est
orientée vers le premier point désigné dans la notation de la tension.
Compléter les notations et la flèche sur les dipôles (CD),
(EF) et (GH).
Multiples : millivolt 1 mV = kilovolt 1 kV =
3) Mesure d'une Tension :
On mesure une tension (ou ddp) à l'aide d'un Voltmètre branché
en parallèle ou en dérivation entre les points de mesure.
Exemple : Considérons
le montage suivant.
Représentez le schéma électrique du montage sachant que
:
Placez sur le schéma un voltmètre permettant de mesurer
la tension UAB aux bornes de la lampe.
Ordre de grandeur de quelques tensions :
Piles du commerce 1,5 V ; 4,5 V ;
9 V
Batteries d'accumulateurs 6 V ; 12 V ; 24 V
Réseau de distribution E.D.F. 127 V ; 230 V ; 380 V
Ligne de transport à haute tension 150 kV à 500 kV
Alternateur de centrale électrique 5 kV à 25 kV
Foudre en ciel et terre pendant 100 000 kV à 500 000 kV
un orage
4) Loi des Mailles :
Une maille est constituée par un certain nombre de branches
d'un circuit, formant un parcours fermé.
La somme des tensions algébriques rencontrées successivement
tout le long du parcours, dans le sens choisi, est nulle.
Exemple :
Repérons
les nœuds du schéma
Repérons les mailles du schéma
Repérons
les tensions
Ecrivons
la loi des mailles
Maille 1 :
Maille 2 :
Exercice
1 :
Calculer UAB, UBC et UCD.
Exercice 2 :
On mesure :
I1 = 1 A UBA = 9 V
I5 = 0,4 A U1 = 3 V
I3 = 0,3 A U5= 4 V
Calculer
I =
U2 =
I2 = U4
=
I4 = U3 =
III-
DIPOLES RESISTIFS :
Introduction : Notion de Dipôle
Un dipôle est une portion de circuit comprise entre deux
bornes.
Cette portion du circuit peut se réduire à un composant.
Résistance
Condensateur
1) Influence d'une résistance dans un circuit :
En électronique,
une résistance se présente sous la forme d'un petit cylindre sur lequel sont
peints des anneaux de différentes couleurs (photo 2). Ce composant possède
deux bornes : c'est un dipôle.
• Réalisons un circuit (photo
3a) comportant une pile, une lampe adaptée et un ampèremètre; la lampe brille
normalement.
• Ajoutons une résistance en série
(photo 3b); la lampe brille moins : l'intensité du courant est maintenant
plus faible. Avec une autre résistance, l'ampèremètre indique une intensité
différente.
Notons que si nous inversons les branchements aux bornes de la résistance, les mesures ne sont pas modifiées.
Une résistance permet de modifier l'intensité du courant
dans un circuit. Une résistance peut être branchée indifféremment dans un
sens ou dans l'autre.
2) Étude d'une résistance :
2-1) EXPÉRIENCE :
|
• Aux
bornes d'un générateur de courant continu, branchons en série la résistance
à étudier, un ampèremètre et un rhéostat* (fig. 4). Le réglage du rhéostat permet
de modifier progressivement l'intensité I du courant dans le circuit. Un voltmètre, branché en dérivation
aux bornes de la résistance, permet de mesurer la tension U à ses bornes. • Lorsque l'intensité I du courant
qui traverse la résistance varie,la tension U varie dans le même sens. |
• Aux
bornes d'un générateur de courant continu, branchons en série la résistance
à étudier, un ampèremètre et un rhéostat* (fig. 4).
Le réglage du rhéostat permet
de modifier progressivement l'intensité I du courant dans le circuit.
Un voltmètre, branché en dérivation
aux bornes de la résistance, permet de mesurer la tension U à ses bornes.
• Lorsque l'intensité I du courant
qui traverse la résistance varie,la tension U varie dans le même sens.
Notons les valeurs de I pour différentes valeurs de U :
U
(Volts) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
I (Ampères) |
0 |
0,06 |
0,11 |
0,17 |
0,22 |
0,29 |
2-2) INTERPRÉTATION :
Portons ces résultats de mesures
sur un graphique où U est en ordonnées et I en abscisses.
Nous constatons que les points
correspondants sont pratiquement alignés. La droite passant le plus près possible
de tous ces points est appelée caractéristique de la résistance (fig. 5).
La caractéristique étant maintenant connue, nous pourrons
prévoir l'intensité I qui traverse la résistance pour une valeur quelconque
de la tension U appliquée à ce composant (et vice versa).
D'autre part, comme la caractéristique
est une droite passant par l'origine, U et I sont proportionnelles.
La tension aux bornes d'une résistance est proportionnelle à l'intensité du
courant qui la traverse.
Application 1 :
Quelle
est l'intensité du courant traversant la résistance précédente si on lui applique
une tension de 3,6 V ?
3) Résistance Loi d'Ohm :
3-1) RÉSISTANCE :
Prenons le point M précédemment étudié et appartenant à
la caractéristique; calculons le rapport .
= = 18.
On retrouve bien évidemment la même valeur quel que soit
le point choisi sur la caractéristique. Ce nombre est le coefficient de proportionnalité
entre U et I : c'est la résistance du composant. Elle se note R et se mesure
en ohms* (symbole : W) pour U en volts (V) et I en
ampères (A). Soit : R =18 W.
Notons que le terme résistance désigne à la fois le coefficient
de proportionnalité et le composant lui même.
3-2) LOI D'OHM :
La caractéristique étant une droite passant par l'origine,
son équation s'écrit :
U = R x I
V W
A
Cette relation exprime la loi d'Ohm.
La tension U aux bornes d'une résistance de valeur R est
égale au produit de R par l'intensité I du courant qui la traverse.
Tous les dipôles obéissant à cette loi sont appelés conducteurs
ohmiques.
Application 2
Quelle
est la tension aux bornes d'une résistance de 47 W traversée par un courant d'intensité 200 mA ?
3-3) DES RÉSISTANCES DIFFÉRENTES :
La résistance étudiée, qui a pour
valeur 18 W (photo
6), porte des anneaux de couleurs marron, gris et noir. Un code permet de
connaître la valeur de sa résistance R
marron
Û chiffre
1
gris Û chiffre
8
noir Û chiffre
0
d'où: R=
18 x 10°=18 W.
Ainsi une autre résistance portant des anneaux vert, bleu
et rouge a une résistance de 5600 W.
Remarque :
La résistance d'un fil de jonction ou celle d'un interrupteur
fermé est négligeable.
4) Détermination d'une résistance
à l'ohmmètre :
Un multimètre utilisé en ohmmètre permet de connaître directement la valeur d'une résistance. Il suffit de la brancher comme l'indique la photographie 7 : le commutateur est placé sur la position notée W.