Quelques notions en électricité
publicité
Quelques notions en électricité A. Courant électrique 1. Qu’est ce que le courant électrique ? Le courant électrique est un déplacement de charges électriques dans la matière. Dans les métaux, les porteurs de charges sont les ÉLECTRONS. 2. Intensité du courant électrique L’intensité du courant I (en ampère) en un point du circuit correspond à un débit de charge électrique en ce point c’est à dire la quantité Q de charge exprimée en coulombs (C) qui traverse une section de conducteur en ce point pendant la durée t (en seconde) : I = Q/t 3. Mesure de l’intensité d’un courant électrique • Un ampèremètre mesure la valeur de l'intensité du courant qui le traverse. Il faut donc le placer en série dans le circuit. L'ampèremètre parfait serait un appareil qui ne perturberait pas le courant à mesurer. • Les deux bornes utilisées sont généralement notées A et COM : - Si le courant entre par la borne A et sort par la borne COM, une valeur positive apparaît. Si le courant entre par la borne COM et sort par la borne A, une valeur négative apparaît. 4. Sens conventionnel du courant Par convention, à l’extérieur d’un générateur, le courant électrique va de la borne positive à la borne négative. Ce sens est appelé le sens conventionnel du courant. Les électrons d’un métal circulent en sens inverse du sens conventionnel du courant électrique. Sur un schéma de circuit électrique, le sens conventionnel du courant se note par une flèche posée sur le circuit. Sens de parcours des électrons. + - Remarque : Le choix du sens conventionnel du courant a été défini au dix-neuvième siècle, à l’époque les physiciens ne connaissaient pas l’électron, il pensait que le passage du courant électrique dans les métaux se faisait grâce à des porteurs de charges positifs. 5. Intensité du courant dans un circuit série L’intensité d’un courant est la même en tout point d’un circuit série. I = I’ = I’’ Pour travailler : Tester ses connaissances sur le coutant électrique : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/intensite1/intensite1.htm. Tester ses connaissances sur la mesure de l’intensité d’un courant électrique : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/intensite2/intensite2.htm. Tester ses connaissances sur l’intensité du courant dans un circuit série : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/intensite3/intensite3.htm Tester ses connaissances sur la définition de l’intensité d’un courant et son utilisation : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/intensite4/intensite4.htm B. Tension électrique entre deux points 1. Unité de tension électrique La tension électrique est une grandeur qui a déjà été rencontrée en collège. Dans le système international d'unité l'unité de tension est le volt (V ). 2. Mesure d’une tension électrique Une tension électrique entre deux points d'un circuit électrique se mesure à l'aide d'un multimètre numérique. Ce multimètre possède plusieurs fonctions qui correspondent aux diverses bornes visibles. Pour mesurer une tension électrique, il faut utiliser la fonction voltmètre et donc la borne V spécifique de la fonction voltmètre et la borne COM qui est commune à toutes les fonctions. Ce multimètre utilisé en voltmètre doit être branché en dérivation c'est à dire en connectant les deux bornes V et COM du multimètre aux deux points de mesure sans déconnecter le circuit. On peut représenter le voltmètre de la façon suivante : V COM 3. ECRIRE, REPRESENTER ET MESURER UNE TENSION ELECTRIQUE a) Ecrire et représenter une tension électrique La tension entre deux points A et B d’un circuit se note UAB. Elle est représentée par une flèche orientée de B vers A. A UAB Remarque : la tension entre les points B et A se notera UBA. Elle sera représentée par une flèche orientée de A vers B. b) Complément sur la mesure d’une tension électrique Pour mesurer la tension UAB, entre deux points A et B, il faut relier le point B à la borne COM du multimètre et le point A à la borne V. Remarque : pour mesurer la tension UBA entre deux points B et A, il faut relier le point A à la borne COM du multimètre et le point B à la borne V. c) Relation entre les tensions UAB et UBA On observe qu’entre deux points A et B d’un circuit, on a UAB = -UBA. Cette relation découle du fait que la tension est une grandeur algébrique. Pour travailler : Tester ses connaissances sur la représentation et la mesure d’une tension électrique : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/tension1/tension1.htm. 4. QU’EST CE QU’UNE TENSION ELECTRIQUE ? a) Introduction Le passage d'un courant électrique dans certains dipôles est lié à l'existence entre leurs bornes d'une dissymétrie nommée différence de potentiels ou tension. Aux bornes d'une pile ou plus généralement d'un générateur électrique, il existe aussi cette dissymétrie ou tension, même en l'absence de courant débité. Considérons l'analogie suivante. Aucun mouvement des gouttes de liquide n'est observé dans les récipients quand les niveaux A et B sont les mêmes. On peut dire que les niveaux A et B sont au même potentiel. S'il existe une différence entre les surfaces A et B des gouttes de liquide effectueront un mouvement temporaire pour ramener les niveaux A et B au même niveau. Le mouvement cesse quand les niveaux sont identique. Le déplacement du liquide résulte d'une différence de potentiel. Pour maintenir la différence de niveau entre les plans A et B donc le débit du liquide de A vers B, on pourrait installer une pompe. Dans un circuit électrique, c'est le générateur qui crée et entretient la dissymétrie. Il joue le rôle de "pompe à électrons libres". b) Potentiel électrique L'état électrique d'un point A d'un circuit électrique est caractérisé par une grandeur que l'on appelle le potentiel électrique du point A et noté VA . c) La tension électrique est une différence de potentiels électriques Une tension électrique mesurée entre deux points d'un circuit électrique caractérise une différence d'état électrique des deux points considérés. La tension est donc une différence de potentiel. Une tension électrique UAB entre deux points A et B est égale à la différence de potentiel entre ces deux points UAB = VA - VB Conséquences: La tension aux bornes d'un fil de jonction étant nulle, on en déduit que les bornes du fil et en fait tous les points du fil sont au même potentiel. d) Notion de masse Un voltmètre mesure une différence de potentiel. Il ne permet pas d'obtenir directement le potentiel électrique d'un point. Si on veut connaître les potentiels de différents points du circuit, il faut connaître le potentiel d'un point. On va choisir un point dans le circuit et on va décider que le potentiel de ce point est nul. ( On le relira à la borne COM du multimètre. La masse est un point du circuit électrique auquel on attribue, par convention Le potentiel électrique 0 V. On symbolise la masse d'un circuit par ce schéma: Analogie: on mesure les altitudes par rapport au niveau de la mer. On dit que le sommet du mont blanc est à 4807m et que l'épave du Titanic est à -5000m. Pour travailler : Tester ses connaissances sur la notion de potentiel électrique : http://www.phychim.ac-versailles.fr/donnees/condo3/baselec2/tension3/tension3.htm 5. Propriétés des tensions électriques a) Tension aux bornes d’un fil de jonction La tension aux bornes d'un fil de connexion est nulle. b) Tension aux bornes d’un interrupteur La tension aux bornes d'un interrupteur fermé est nulle alors qu’aux bornes d'un interrupteur ouvert, elle est en général non nulle. c) Additivité des tensions La loi d’additivité des tensions aux bornes de deux dipôles (A,B) et (B,C) associés en série s’exprime par : UAC = UAB + UBC A B C UBC UAB UAC d) Identité de la tension aux bornes de deux dipôles placés en dérivation La tension est la même aux bornes de plusieurs dipôles montés en dérivation : UAB = UCD = UEF A B E F D C Pour travailler : Tester ses connaissances sur les tensions électriques dans un circuit série : http://www.phychim.ac-versailles.fr/donnees/condo3/baselec2/tension2/tension2.htm C. Loi d’Ohm Enoncé : La tension UAB aux bornes d’un conducteur ohmique AB de résistance R traversé par un courant d’intensité I allant de A vers B est donné par la relation : UAB = RI. A B I UAB = RI Remarque importante 1 : En unités légales, la tension s’exprime en volt (V), l’intensité du courant électrique s’exprime en ampère (A) et la résistance d’un conducteur ohmique s’exprime en ohm (). Remarque importante 2 : Le sens du courant et celui de la flèche de tension électrique doivent être opposés. Pour travailler : Tester ses connaissances sur la loi d’Ohm : http://www.phychim.acversailles.fr/donnees/condo3/baselec2/loiohm/loiohm.htm D. Mesure de la résistance d’un composant Pour mesurer la résistance d’un composant électrique, on utilise un multimètre en ohmmètre. On utilise la borne et la borne COM du multimètre. On branche le multimètre directement aux bornes du composant étudié. Le composant ne doit pas être branché dans un circuit. UTILISER UN MULTIMETRE Pour lire une valeur à l’écran, il faut que la valeur mesurée soit inférieure au calibre. Dans le cas contraire le multimètre affiche « 1. . Le calibre le mieux adapté à la mesure est le plus petit des calibres supérieurs à la mesure. Si on n’a aucune idée sur la valeur à mesurer alors on commence par le plus grand calibre puis on diminue progressivement le calibre jusqu’à l’obtention du plus petit des calibres supérieurs à la mesure. mA AC 200 A ; 2 ; 20 ; 200 ; 2A ; 10 A V AC 200 mV ; 2 ; 20 ; 200 ; 1000
