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cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu.
1
1. Courants et tensions.
Courant électrique.
Potentiel – tensions.
Dipôles.
Puissance et énergie électrique.
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Courant électrique.
• Nature du courant.
• Intensité du courant.
• Représentation de l’intensité.
• Mesure de l’intensité.
• Loi des nœuds.
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Nature du courant.
• Le courant électrique est un déplacement de charges électriques dans la matière.
• Ions, électrons.
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Circulation des électrons.
• Les électrons chargés négativement circulent :
de la borne – vers la borne +
du générateur.
+
-
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Courant électrique
• Le sens de circulation conventionnel du courant électrique est de la borne +vers la borne - du générateur.
+
-
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Quantité d’électricité
• L’unité de charge électrique est le COULOMB (C).
• La charge d’un électron est de : - 1,6 x 10-l 9 C.
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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 en ampères.• Q en coulombs.• t en secondes.t
QI
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L’unité d’intensité est I’AMPÈRE (A).
• Multiples :– Le Kilo ampère : 1kA = 103 A.
• Sous-multiples :– Le milliampère : l mA = 10-3 A.– Le microampère : 1A = 10-6 A.– Le nanoampère : 1nA = 10-9 A.
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Représentation d’un même courant électrique
• Deux manières de représenter un courant de 3 mA circulant de A vers B.
+
-
A
B
I = 3mA +
-
I = - 3mAA
B
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Représentation de l’intensité.
• Le courant électrique est représenté sur les schémas par une flèche qui n’indique pas forcément son sens réel.
• 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.
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Utilisation de l’ampèremètre.
• L’intensité se mesure avec un ampèremètre placé en série dans le circuit.
• Symbole de l’ampèremètre.
A
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Définition d’un nœud et analyse.
• Un nœud est un point de circuit ou aboutissent plusieurs conducteurs.
• La somme des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent.
M+
-
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Récapitulons.
• Le circuit étudié comporte deux nœuds : N1 et N2.
• I est le courant principal, I1, I2 et I3 sont les courants dérivés.
• Les intensités des courants vérifient la relation : I = I1 + I2 +I3 .
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Loi des Nœuds.
• Plus généralement, la somme des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent.
• Exemple de Nœud
52431 IIIII
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Potentiels - Tensions.
• Différence de potentiel.
• Représentation de la tension.
• Potentiel de référence.
• Mesure des tensions.
• Loi des mailles.
• Ordres de grandeur des tensions.
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Différence de potentiel.
• Le potentiel d’un point caractérise son niveau électrique il s’exprime en VOLTS (V).
• La circulation du courant électrique entre deux points d’un circuit est due à une différence de potentiel entre ces deux points.
• La différence de potentiel est aussi appelée tension elle s’exprime en VOLTS (V).
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Représentation de la tension.
• La tension entre deux points A et B est notée UAB.
• UA est le potentiel du point A, UB celui du point B.
UAB = UA – UB.• UA en volts ; UB en
volts ; UAB en volts.
A
B
UAB
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U -> Grandeur Algébrique.
• La tension est une grandeur algébrique représentée par une flèche.
A
B
UAB
A
B
UBA UAB = - UBA
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Potentiel de référence.
• Le potentiel d’un point n’est pas mesurable, c’est un nombre qui dépend du point choisi comme potentiel zéro ou potentiel de référence.
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Potentiel en différents points.
• Les tensions aux bornes des piles sont toujours les mêmes.
• Par contre, les potentiels soulignés dépendent du point de référence.
0V
1.5V
3V
4.5V1,5V
1,5V
1,5VA
B
C
D
A
1,5V
1,5V
1,5VB
C
D
-1.5V
-3V
0V
1.5V
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Exemple :
• Dans la figure ci-contre :
• UAB = UA - UB.
• UAM = UA - UM.
• UBM = UB - UM.
Calculez les potentiels.
5V -2V
0V
A B
M
UAB = 7 V
5V -2V
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MESURE DES TENSIONS
• La tension se mesure avec un VOLTMÈTRE.
• Le voltmètre se monte en dérivation sur le circuit.
• Placer un voltmètre mesurant UAB .
A B
V
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LOI DES MAILLES.
• Un circuit fermé est une maille.
• Dans le montage, on peut définir 3 mailles : ABE; BCDE; ABCDE.
• La somme algébrique des tensions rencontrées en parcourant une maille est nulle.
A B C
DE
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Étude de la maille ABEA.
• UAB+UBE+UEA = 0 V
• Une des tension de cette maille peut s ’écrire :
• UAE =UAB+UBE
A B C
DE
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Dipôles.
• Définition.
• Caractéristiques d’un dipôle.
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Définition d’un dipôle.
• Un dipôle est une portion de circuit comprise entre deux bornes (pôles).
Résistance
Lampe
Générateur
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Caractéristique d’un dipôle.
• Dipôle passif.• Dipôle actif.• Dipôle linéaire.• Dipôle non-linéaire.• Dipôle symétrique
(non polarisé).• Dipôle polarisé.
U
I
I (A)
U (V)
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Puissance.
• Définition.
• Mesure de Puissance.
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Définition de la Puissance.
• La puissance électrique mise en jeu entre deux points d’un circuit est égale au produit de la tension entre ces deux points par l’intensité du courant qui le traverse.
• P en Watts.• U en Volts.• I en Ampères.
IUP .
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L’unité de puissance est le Watt.
• Le dipôle générateur fournit de la puissance au circuit.
• Le dipôle récepteur absorbe de la puissance.
U > 0
I > 0
U > 0
I > 0
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Mesure de la puissance.
W*
Mesure au wattmètre.
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Énergie électrique.
• Définition.
• Rendement.
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36
Définition de l’énergie absorbée.
• L’énergie électrique absorbée par un circuit est égale au produit de la puissance consommée par le temps de fonctionnement.
• W en joules• P en watts• t en secondes
tPW .
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Unité d’énergie
• L’unité d’énergie W est le Joule (J).
• Une autre unité d’énergie utilisée en électricité, est le watt-heure (Wh) et son multiple le kilowatt-heure (kWh).
• 1 Wh = 3600 J.
• 1 kWh = 3,6 x 106J.
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Exercice.
• Un radiateur électrique dont la puissance absorbée est de 1500 W a fonctionné 3 h. Calculer l’énergie absorbée en :
• Wh ,
• en kWh ,
• et en Joules .
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39
RENDEMENT
• Un récepteur électrique ou machine, absorbe de l’énergie électrique et la restitue sous d’autres formes.
• Ainsi un moteur électrique transforme l’énergie électrique qu’il absorbe en énergie mécanique.
• La transformation d’énergie s’accompagne toujours d’un dégagement de chaleur, c’est de l’énergie perdue.
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40
Bilan énergétique.
• Lors de la transformation,
l’énergie est conservée :
Énergie absorbée =
Énergie utile + Chaleur
soit :Wa = Wu + pertes
MACHINE(Moteur,lampealternateur…)
Énergie absorbée.
Énergie utile.
Chaleur.
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41
Rendement d’un récepteur.
• Le rendement d’un récepteur est égal :– Au rapport entre la quantité d’énergie utile qu’il
produit et la quantité d’énergie qu’il absorbe.– Au rapport entre la puissance utile et la
puissance absorbée.
• Wu énergie utile.
• Wa énergie absorbée.
• Pu puissance utile.
• Pa puissance absorbée.
a
u
WW
a
u
PP
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EXEMPLES
• Le générateur d’une centrale électrique de puissance utile 125 MW absorbe une puissance mécanique de 130 MW.11-Calculer son rendement.12-Quelle est l’énergie dissipée (perdue) en chaleur en une journée (24h) ?
• Quel est le rendement d’un radiateur électrique ?