1 Courants et tensions Courant lectrique Potentiel tensions

1. Courants et tensions. Courant électrique. Potentiel – tensions. Dipôles. Puissance et énergie électrique. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 1

Courant électrique. • • • Nature du courant. Intensité du courant. Représentation de l’intensité. Mesure de l’intensité. Loi des nœuds. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 2

Nature du courant. • Le courant électrique est un déplacement de charges électriques dans la matière. • Ions, électrons. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 3

Circulation des électrons. • Les électrons chargés négativement circulent : + de la borne – vers la borne + du générateur. cours delagrave/jmg - Lois générales de l'électricité en courant continu. 4

Courant électrique • Le sens de circulation conventionnel du courant électrique est de la borne + vers la borne - du générateur. + - cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 5

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 6

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 7

L’unité d’intensité est I’AMPÈRE (A). • Multiples : – Le Kilo ampère : 1 k. A = 103 A. • Sous-multiples : – Le milliampère : l m. A = 10 -3 A. – Le microampère : 1 A = 10 -6 A. – Le nanoampère : 1 n. A = 10 -9 A. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 8

Représentation d’un même courant électrique • Deux manières de représenter un courant de 3 m. A circulant de A vers B. + A I = 3 m. A + B cours delagrave/jmg A I = - 3 m. A B Lois générales de l'électricité en courant continu. 9

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 10

Utilisation de l’ampèremètre. • L’intensité se mesure avec un ampèremètre placé en série dans le circuit. • Symbole de l’ampèremètre. A cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 11

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. cours delagrave/jmg + - Lois générales de l'électricité en courant continu. M 12

Récapitulons. • Le circuit étudié comporte deux nœuds : N 1 et N 2. • I est le courant principal, I 1, I 2 et I 3 sont les courants dérivés. • Les intensités des courants vérifient la relation : I = I 1 + I 2 +I 3. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 13

Loi des Nœuds. • Plus généralement, la somme des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent. cours delagrave/jmg • Exemple de Nœud Lois générales de l'électricité en courant continu. 14

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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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 16

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). cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 17

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. A UAB B 18

U -> Grandeur Algébrique. • La tension est une grandeur algébrique représentée par une flèche. A UAB = - UBA B cours delagrave/jmg B Lois générales de l'électricité en courant continu. 19

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 20

Potentiel en différents points. 4. 5 V • Les tensions aux bornes des piles sont toujours les mêmes. • Par contre, les potentiels soulignés dépendent du point de référence. 3 V C 1. 5 V B 0 V A D C B cours delagrave/jmg A Lois générales de l'électricité en courant continu. D 1, 5 V 1, 5 V 0 V -1. 5 V -3 V 21

Exemple : • Dans la figure cicontre : • UAB = UA - UB. • UAM = UA - UM. • UBM = UB - UM. Calculez les potentiels. cours delagrave/jmg 5 V UAB = 7 V -2 V B A -2 V 5 V 0 V M Lois générales de l'électricité en courant continu. 22

MESURE DES TENSIONS • La tension se mesure avec un VOLTMÈTRE. • Le voltmètre se monte en dérivation sur le circuit. • Placer un voltmètre mesurant UAB. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. V A B 23

LOI DES MAILLES. • Un circuit fermé est une maille. • Dans le montage, on peut définir 3 mailles : ABE; BCDE; ABCDE. A B C E D • La somme algébrique des tensions rencontrées en parcourant une maille est nulle. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 24

Étude de la maille ABEA. • UAB+UBE+UEA = 0 V A B E cours delagrave/jmg C D • Une des tension de cette maille peut s ’écrire : • UAE =UAB+UBE Lois générales de l'électricité en courant continu. 25

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Dipôles. • Définition. • Caractéristiques d’un dipôle. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 27

Définition d’un dipôle. • Un dipôle est une portion de circuit comprise entre deux bornes (pôles). Résistance Lampe Générateur cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 28

Caractéristique d’un dipôle. • • • Dipôle passif. Dipôle actif. Dipôle linéaire. Dipôle non-linéaire. Dipôle symétrique (non polarisé). • Dipôle polarisé. cours delagrave/jmg I U (V) U Lois générales de l'électricité en courant continu. I (A) 29

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Puissance. • Définition. • Mesure de Puissance. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 31

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 32

L’unité de puissance est le Watt. • Le dipôle générateur • Le dipôle récepteur fournit de la puissance absorbe de la au circuit. puissance. I > 0 U > 0 cours delagrave/jmg U > 0 Lois générales de l'électricité en courant continu. 33

Mesure de la puissance. * W Mesure au wattmètre. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 34

Énergie électrique. • Définition. • Rendement. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 35

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 cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 36

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 (k. Wh). • 1 Wh = 3600 J. • 1 k. Wh = 3, 6 x 106 J. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 37

Exercice. • • Un radiateur électrique dont la puissance absorbée est de 1500 W a fonctionné 3 h. Calculer l’énergie absorbée en : Wh , en k. Wh , et en Joules. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 38

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. cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 39

Bilan énergétique. • Lors de la transformation, l’énergie est conservée : Énergie absorbée = Énergie utile + Chaleur soit : Wa = Wu + pertes cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. Chaleur. MACHINE (Moteur, lampe alternateur…) Énergie utile. 40

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. • • cours delagrave/jmg Wu énergie utile. Wa énergie absorbée. Pu puissance utile. Pa puissance absorbée. Lois générales de l'électricité en courant continu. 41

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 (24 h) ? • Quel est le rendement d’un radiateur électrique ? cours delagrave/jmg Lois générales de l'électricité en courant continu. 42