Circuits lectriques Enseignants Intervenants Matthieu Bonarota matthieu bonarotaunivparisdiderot
Circuits électriques
Enseignants Intervenants : Matthieu Bonarota matthieu. bonarota@univ-paris-diderot. fr Nadine Joachimowicz nadine. joachimowicz@paris 7. jussieu. fr Organisation : 6 cours de 1 h 20 14 TD de 1 h 20 6 TP de 4 h 1 examen de 2 h (M. Bonarota) (N. Joachimowicz, M. Bonarota) (M. Bonarota)
Rappels :
Rappels : Courant électrique :
Rappels : Courant électrique : 35° 30° 25° Résistance
Rappels : Courant électrique : Diode électro-luminescente (DEL)
Rappels : Courant électrique : Moteur électrique
Rappels : Potentiel électrique : + - Potentiel électrique élevé (5 V par exemple) Potentiel électrique faible (0 V par exemple) Fil sous tension (de 5 V ici)
Rappels : Potentiel électrique : + - Potentiel électrique élevé (10 V par exemple) Potentiel électrique faible (0 V par exemple) Fil sous tension (de 10 V ici)
Rappels : Potentiel électrique : 0 5 V 0 V
Objectifs Comprendre et analyser le fonctionnement des circuits électriques Calculer et mesurer les grandeurs courant/tension en régime continu et régime sinusoïdal
1. L’électricité 1. 1 Applications • Transfert d’énergie - Réseau électrique - Moteurs/Générateur électriques - Chauffage électrique, Electrolyse, …
1. L’électricité 1. 1 Applications • Information - Télécommunications - Informatique - Audio, Video, … - Instrumentation
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Charge électrique
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Charge électrique Analogie avec la gravitation
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Charge électrique Analogie avec la gravitation mm m 1 1 mm m 2 1
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Charge électrique Analogie avec la gravitation mm m 1 1 mm m 2 1 mm q 1 1 mm q 2 1
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Charge électrique Analogie avec la gravitation → La masse permet à la matière d’interagir par l’intermédiaire de la force gravitationnelle → La charge permet à la matière d’interagir par l’intermédiaire de la force électromagnétique
1. L’électricité
1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique = Déplacement d’ensemble de porteurs de charge libres
1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique Porteurs de charge : → électrons libres (métaux, semi-conducteurs, …) → ions : électrolytes, …
1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique Sens du courant (conventionnel) Sens réel de déplacement des porteurs de charge (porteurs de charge négatifs)
1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique Sens du courant (conventionnel) Sens réel de déplacement des porteurs de charge (porteurs de charge positifs)
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée. surface = section du fil
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée. t = t 0
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée.
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée.
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée.
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → L’intensité du courant électrique est le débit de charge à travers une surface donnée.
1. L’électricité
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → elle peut être positive ou négative, et dépend de la convention d’orientation du fil considéré
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → elle peut être positive ou négative, et dépend de la convention d’orientation du fil considéré
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → elle peut être positive ou négative, et dépend de la convention d’orientation du fil considéré
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique → elle peut être positive ou négative, et dépend de la convention d’orientation du fil considéré
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique Courant continu Courant alternatif
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 1 Courant électrique Système Diode Electroluminescente Ampoule à incandescence Générateur en TP Ordre de grandeur 10 m. A 1 A qqs A au max Radiateur 2 k. W Démarreur de voiture Moteur train Eclair 10 A 100 A 1 k. A 10 à 100 k. A v
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ?
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ?
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ? Une force doit s’exercer sur les porteurs de charge : - pour les mettre en mouvement (création des courants) - pour maintenir ce mouvement (maintien du courant) (car les chocs avec les milieu conducteur l’arrêtent rapidement)
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ? Une force doit s’exercer sur les porteurs de charge : - pour les mettre en mouvement (création des courants) - pour maintenir ce mouvement (maintien du courant) (car les chocs avec les milieu conducteur l’arrêtent rapidement)
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ? Courant (porteurs positifs) Une force doit s’exercer sur les porteurs de charge : - pour les mettre en mouvement (création des courants) - pour maintenir ce mouvement (maintien du courant) (car les chocs avec les milieu conducteur l’arrêtent rapidement)
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ? Force = force électrique Difficile à calculer ! Courant
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Qu’est-ce qui fait circuler les courants ? Courant Mais possibilité de représenter ces interactions par une autre grandeur, beaucoup plus simple à utiliser (et à mesurer) : → le potentiel électrique !
1. L’électricité
1. L’électricité
1. L’électricité
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique A Appareil/dipôle (récepteur) B
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique
1. L’électricité 1. 1 Grandeurs électriques 1. 1. 2 Potentiel/tension électrique Pour aller plus loin : d’où viennent ces forces/potentiels/tensions dans les circuits ?
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques Þ ensemble de composants/appareils connectés ensemble Objectif : Þ transférer de l’énergie des générateurs aux récepteurs Þ transférer, stocker ou traiter de l’information
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 1 Résistance électrique/loi d’Ohm
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 1 Résistance électrique/loi d’Ohm Dipôle → pour un dipôle purement résistif :
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 1 Résistance électrique/loi d’Ohm Dipôle loi d’Ohm
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 2 Généralisation : caractéristique (statique) du dipôle Dipôle
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 2 Généralisation : caractéristique (statique) du dipôle 2 conventions de notation : Convention récepteur : Dipôle Convention générateur : Dipôle
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 3 Premiers composants
1. L’électricité 1. 2 électriques Nom Circuits Symbole Exemple 1. 2. 1 Premiers composants - Résistor - Résistance - Conducteur ohmique
1. L’électricité 1. 2 électriques Nom Circuits Symbole Exemple 1. 2. 1 Premiers composants Source de tension (idéale) Caractéristique :
1. L’électricité 1. 2 électriques Nom Circuits Symbole Exemple 1. 2. 1 Premiers composants Source de tension (réelle) Caractéristique :
1. L’électricité 1. 2 électriques Nom Circuits Symbole Exemple 1. 2. 1 Premiers composants Source de courant (idéale) Caractéristique :
1. L’électricité 1. 2 électriques Nom Circuits Symbole Exemple 1. 2. 1 Premiers composants Source de courant (réelle) cf TD
1. L’électricité 1. 2 Circuits électriques 1. 2. 4. Première analyse
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff Þ grandes lois de l’électricité Þ valables si l’on néglige les temps de propagation des signaux dans le circuit (ARQS)
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 1. Loi des nœuds
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 1. Loi des nœuds
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 1. Loi des nœuds
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 1. Loi des nœuds
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Additivité des tensions : Dipôle 1 Dipôle 2
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Additivité des tensions : Dipôle 1 Dipôle 2
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Dipôle 1 Dipôle 2 Dipôle 3
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Dipôle 1 Dipôle 2 Dipôle 3
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Dipôle 1 Dipôle 2 Dipôle 3
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Dipôle 1 Dipôle 2 Dipôle 3
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 2. Loi des mailles Dipôle 1 Dipôle 2 Dipôle 3
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 3. Exemples
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 3. Exemples
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 3. Exemples
1. L’électricité 1. 3 Lois de Kirchhoff 1. 3. 3. Quelques règles supplémentaires Þ Le courant est homogène dans une branche (le courant entrant dans un dipôle est le même que le courant sortant) Þ le potentiel électrique est homogène le long d’un fil (si on néglige la résistance de ce fil)
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 1. Puissance électrique reçue/cédée par un dipôle
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 1. Puissance électrique reçue/cédée par un dipôle En convention récepteur : Dipôle
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 1. Puissance électrique reçue/cédée par un dipôle En convention récepteur : Dipôle
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 1. Puissance électrique reçue/cédée par un dipôle En convention générateur : Dipôle
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 1. Puissance électrique reçue/cédée par un dipôle En convention générateur : Dipôle
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 2. Énergie/puissance Þ puissance reçue/cédée par un dipôle = énergie reçue/cédée par unité de temps par ce dipôle Þ Exemple :
1. L’électricité 1. 4 Énergie, puissance 1. 4. 3. Générateur/récepteur Þ générateur : cède de l’énergie au circuit Þ récepteur : reçoit de l’ énergie du circuit
1. L’électricité
1. L’électricité Exemple : Résistance chauffante
1. L’électricité Exemple : Résistance chauffante
1. L’électricité Exemple : Résistance chauffante
1. L’électricité Exemple : Générateur
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