Cours Electricite Intro

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    Module dElectricit

    1re partie : Electrocintique

    Fabrice Sincre (version 4.0.3)

    http://perso.orange.fr/fabrice.sincere

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    Sommaire de lintroduction

    1- Courant lectrique

    1-1- Dfinitions

    1-2- Loi des nuds (1re loi de Kirchhoff)

    2- Tension lectrique2-1- Dfinitions

    2-2- Loi des branches (2nd loi de Kirchhoff)

    3- Relation entre courant et tension3-1- Loi dOhm

    3-2- Rsistance lectrique dun conducteur ohmique

    3-3- Echelle des rsistivits

    4- Puissance et nergie lectrique4-1- Puissance lectrique

    4-2- Energie lectrique

    4-3- Effet Joule

    4-4- Loi de Joule

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    Chapitre 1 IntroductionLElectrocintique est la partie de lElectricit qui tudie les courants

    lectriques.

    1- Courant lectrique

    1-1- Dfinitions

    Dfinition : un courant lectrique est un mouvement densemblede porteurs de charges lectriques.

    Mtaux (cuivre, aluminium ) : lectrons libres.

    Charge lectrique de llectron : q = -e -1,610-19 coulomb (C).

    Solutions liquides (lectrolytes) : ions (cations et anions).

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    Dfinition : le sens conventionnel du courant lectrique est le

    sens du mouvement des porteurs de charges positives.

    Le sens conventionnel du courant est donc le sens inverse du

    mouvement des lectrons (q < 0) :

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    Dfinition : Lintensit du courant lectrique i est la quantit

    dlectricit transporte par unit de temps.

    dq est la quantit dlectricit qui traverse la section du conducteur

    pendant la dure dt.

    [s]

    [C][A]dt

    dqi ==

    50 mA est lordre de grandeur

    du courant mortel pour lhomme.

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    A.N. Dans un fil, le dbit est de 100 milliards dlectrons par

    seconde.

    Calculer lintensit correspondante.

    i = 10010 91,610-19/ 1

    = 0,016 A

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    Le courant lectrique est symbolis par une flche :

    Le signe du courant change quand on inverse lorientation :

    sens

    conventionnel

    +

    -

    i= -1 A

    Fig. 3b

    Le courant est positif quand on oriente

    la flche du courant dans le sens

    conventionnel.

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    Un ampremtre mesure le courant qui le traverse.

    Il est donc branch en srie :

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    Rmq. : un ampremtre se comporte comme un fil.

    Attention au court-circuit !

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    i1 + i2 + i3 = 0

    i3 = - 3 A

    A.N.

    i1 = +1 A

    i2 = +2 A

    Calculer i3.

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    2- Tension lectrique

    2-1- Dfinitions

    Une tension lectrique est une diffrence de potentiel lectrique

    (ou d.d.p.) :

    uAB = vA - vB

    uAB (en V) : tension lectrique entre les points A et B

    vA (en V) : potentiel lectrique du point A

    vB : B

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    Le potentiel lectrique est dfini une constante prs.

    La rfrence des potentiels lectriques est la masse lectrique .Cest le 0 V :

    Remarque : ne pas confondre masse et terre

    La tension est une grandeur algbrique : uAB = -uBA

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    Un voltmtre mesure la tension prsente ses bornes.

    Il est donc branch en drivation :

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    2-2- Loi des branches (2nd loi de Kirchhoff)

    La tension totale entre deux points dun circuit lectrique est gale

    la somme des tensions intermdiaires.

    uPN

    = uPA

    + uAB

    + uBC

    + uCN

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    3- Relation entre courant et tension

    3-1- Loi dOhm

    Dans une rsistance lectrique, tension et courant sont

    proportionnels.

    - Loi dOhm en convention rcepteur

    On parle de convention rcepteur quand les orientations du courant

    et de la tension relatives un diple sont en sens inverse :

    u = +Ri [V]=[] [A]

    R

    u

    i

    R est la rsistance lectrique (en ohm).

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    - Loi dOhm en convention gnrateur

    Les orientations du courant et de la tension sont dans le mme sens :

    La rsistance est une

    grandeur positive.

    R

    u

    i u= -Ri

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    A.N. Calculer lordre de grandeur de la tension mortelle pour

    lhomme sachant que le corps humain a une rsistance denviron1000 :

    100050.10-3 = 50 V

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    +410 - 33,610 72,810 - 8aluminium

    +410 - 35,910 71,710 - 8cuivre

    (coefficient de

    temprature en K-1)

    =1/ (conductivit

    lectrique en

    -1m-1)

    20 C

    (rsistivit

    lectrique en

    m)

    20 C

    Matriau

    La rsistivit dpend de la nature du conducteur et de sa

    temprature :

    (T) = T0 (1 + (T - T0))

    Tableau 1

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    3-3- Echelle des rsistivits

    Remarques :

    - un supraconducteur a une rsistivit nulle (rsistance nulle)

    - un isolant a une grande rsistivit (courant quasi nul)

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    4- Puissance et nergie lectrique

    4-1- Puissance lectrique

    La puissance lectrique mise en jeu dans un diple est :

    p = u i [W]=[V] [A]

    diple

    u

    i

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    Diple gnrateur et diple rcepteur (de puissance)

    Un diple gnrateur est un diple qui fournit de la puissance

    lectrique.

    Cette puissance est consomme par les diples rcepteurs.

    Exemple :

    La puissance que fournit la pile est : p = ui = 6 W

    consomme lampoule est : 6 W

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    dE est lnergie mise en jeu pendant la dure dt.

    Lnergie lectrique scrit donc :

    dE = uidt

    Remarque : les compteurs dnergie mesurent lnergie lectriqueen kilowatt-heure (kWh).

    1 kWh = 3,6.106 J

    dt

    dEp =

    4-2- Energie lectrique

    La puissance drive de lnergie :

    [W] = [J] / [s]

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    4-3- Effet Joule

    Un conducteur parcouru par un courant lectrique dgage de la

    chaleur.

    Plus gnralement, leffet Joule se traduit par la conversion

    dnergie lectrique en nergie thermique (chaleur).

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    R

    uRip ==

    4-4- Loi de Joule

    R

    u

    i

    La puissance lectrique consomme par une resistance est :

    p = ui

    avec u = Ri

    Dans le cas des conducteurs ohmiques et des rsistances, lnergie

    lectrique consomme est entirement transforme en chaleur.

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