Loi des charges

• 2 types de charges: et • Loi des charges:

– Attraction des charges opposées

– Répulsion des charges identiques

ou

• Connu depuis l’Antiquité– on sait faire apparaître l’électricité en

frottant 2 objets différents: laine, ambre, verre, etc.

+ + - -

+ -

Différence d’attraction des charges par frottement

plastiquecaoutchoucéboniteambrepolyéthylène

cotonpeau humaine

soiepoil de chatlaineverrepoil de lapin

attire électroncharge finale

Pour créer un objet électrisé

phénomènes électrostatiques

• L’induction fait bouger les charges d’un objet sans les échanger avec l’autre objet.

• L’arc électrique nécessite un haut voltage.• Frottement dépend du tableau d’attraction

des charges. Objet + ET objet –• Conduction partage entre 2 objets une

accumulation de charges. 2 objets + OU -

échange (–)entre 2 objets

induction

non

arcélectrique

non contact

oui

oui

partage

frottement

non

conduction

oui

Électricité dynamique• Vient du courant électrique

– des électrons circulent dans un circuit– des ions circulent dans une solution.

• 4 types de matière pour du courant:– supraconducteur: courant sans perte

• matériel spécial placé à très basse T°

– conducteur: laisse passer le courant• métal, eau salée

– semi-conducteur: dépend du courant• silicium avec impuretés

– isolant: ne laisse pas passer le courant• céramique, bois, eau pure

• Facteurs qui améliorent le circuit1. nature du matériau (+ conducteur)2. diamètre du fil (+ large)3. longueur du fil (+ court)4. température du fil (+ froid)

Les variables de l’électricité en STVariable Symbole Unité

Intensité I A (ampère)

Différence de potentiel U V (volt)

Résistance R Ω (ohm)

Énergie E J (joule)

Charge q C (coulomb)

Temps t s (seconde)

Puissance P W (watt)

Quand on veut parler d’un intervalle on ajoute ∆ devant.ex: ∆t : intervalle de temps

Une variable est TOUJOURS écrite avec son unité

Intensité(I)• Mesure combien d’électrons passent

à un endroit par seconde.– les électrons vont en sens inverse du

courant conventionnelle.– 1 électron = -1,6 x 10-19 C– 1 A = 1 C/s = 6,25x1018 électrons par sec.

• Se mesure avec un ampèremètre– connecté en série dans le circuit.

Différence de potentiel (U)• Mesure le changement d’énergie des

électrons d’un endroit à un autre de l’espace.• aussi appelée tension ou voltage• 1 V = 1 J/C = 1 charge a gagné 1 joule

• Se mesure avec un voltmètre– connecté en parallèle dans le circuit.

Résistance (R)• Mesure de l’opposition du matériau

à laisser passer les électrons.– les électrons rebondissent dans les

atomes.– Transforme l’énergie électrique en une

autre énergie:• chaleur, énergie mécanique, énergie

chimique, énergie magnétique

• Pour les matériaux ohmiques, relation linéaire entre U, I et R dans une résistance:

€

R =U

I

Circuit en série

• La source est une pile avec une différence de potentiel (U) fixe aux bornes.– le courant d’une pile va du (+) vers le (-)

• Les résistances (Rn) sur le circuit sont fixes, et peuvent être additionnées. La résistance du fil est 0Ω.

• Le courant est uniforme partout dans le circuit.

résistance

+ -

pile

€

I =U pile

(R1 + R2 +L )

lampe

Explication des transferts d’énergie dans le circuit

• Durant son passage dans le circuit– L’électron n’est jamais détruit.

• L’électron transporte l’énergie électrique.• La pile donne de l’énergie.• Les résistances prennent de l’énergie.

– Les échanges d’énergie électrique ne changent pas la vitesse dans le circuit.

• Le courant (I) reste constant.• Le voltage (U) arrive à 0 à la fin du circuit.

• Le circuit – stable: donne autant d’énergie qu’il en

prend.– court-circuit: donne plus d’énergie

qu’il en prend à chaque cycle. Le circuit explose.

Circuit en parallèle

• La source est une pile avec une différence de potentiel (U) fixe aux bornes.

• Les résistances (Rn) sur le circuit sont fixes. La résistance du fil est 0Ω. – La résistance équivalente du circuit correspond à la

résistance totale du circuit.– Elle se calcule ainsi:

• Le courant est différent dans chaque branche– mais toutes les charges reviennent à la pile:

• Le voltage perdu dans chaque branche est égal au voltage gagné par la pile.

€

1

Req=

1

R1

+1

R2

+1

R3

+L

€

Itot = I1 + I2 + I3 +L

Loi de KirchoffCalcul sur des circuits parallèle/série

Circuit Loi des noeuds (I)

Loi de U Req

Série Itotal = I1=I2 Usource= U1+U2 R1+R2...

Parallèle

branches qui entrent = branches qui sortent

Usource=U1=U2

Les électrons ne sont pas détruits

Le voltage gagné égale le voltage perdu

€

11

R1

+1

R2

L

Les fonctions électriques• Chaque composante du circuit a

un rôle:– alimentation

• produire du courant (pile)

– conduction• faire circuler le courant (fils)

– isolation• limiter la circulation normale du

courant (plastique)

– protection• bloquer un courant anormal (fusible)

– commande• contrôler l’ouverture et la direction du

courant (interrupteur)

– transformation• utiliser le courant (ampoule, moteur)

La production d’électricité• Le fonctionnement des centrales

électriques nécessite deux transformations d’énergie.

• La turbine– reçoit l’énergie naturelle (hydraulique,

éolienne, thermique de la vapeur) et la transforme en énergie mécanique.

• L’alternateur– reçoit l’énergie mécanique de la

turbine et la transforme en énergie électrique.

– le courant électrique produit est généralement un courant alternatif (AC).

Puissance (P)• Mesure la quantité d’énergie

échangée dans un laps de temps.

• Unité: le watt, noté Wo 1 W = 1 Joule par seconde = 1 J/s

• En électricité, – la puissance est la quantité d’énergie

qu’on peut extirper d’un circuit par seconde.

– elle dépend du nombre d’électrons et de leur voltage:

o (J/s = J/c • c/s)

€

P =UI

€

P =E

Δt

Champ magnétique

• Tout objet magnétique a une paire de pôles: nord et sud.

• Loi:– si 2 aimants: les pôles opposés s’attirent et

les semblables se repoussent.– si 1 aimant + 1 ferromagn: s’attirent toujours

• Ligne de champ:– flèche orientée selon le Nord d’une boussole

placé à côté de(s) l’aimant(s).– intérieur de l’aimant: va du sud au nord– extérieur: sort du nord et entre dans un sud

• Pôle nord de la Terre est un pôle sud magnétique.

Électromagnétisme• Il existe une relation étroite entre

l’électricité et le magnétisme.– des charges en mouvement créent un

champ magnétique.• Courant dans un fil droit

si le pouce droit est le courant, les doigts sont dans le sens du champ magnétique.

• Courant dans un solénoïde– spire: enroulement du fil électrique– les doigts suivent les spires et le pouce

droit indique le pôle nord.

I (A) U (V)

q (C)

E (J)

P (W)

I = q / ∆t

U = R•I U = E/q

P = E/∆t

E = U • q

P = U • I

Fonction mathématique du courant

Symbole (Unité)

Fil entre dans le papier

Fil sort du papier

GGénératrice