Cours de physique 1° S

Cours de physique 1° S - Chapitre C1 :
LE CIRCUIT ELECTRIQUE
1. Bilan d'énergie dans un circuit électrique
Le générateur distribue l'énergie électrique aux différents récepteurs du circuit électrique.
Les récepteurs électriques convertissent l'énergie qu'ils reçoivent du générateur en d'autresformes
d'énergie (énergie mécanique, énergie chimique, rayonnement et énergie thermique).
Les générateurs et les récepteurs dissipent une partie de l'énergie par transfert thermique : c'est
l'effet joule.
L'effet joule peut être bénéfique, c'est le cas des radiateurs électriques mais, le plus souvent, il est
indésirable (moteur électrique, électrolyseur). L'énergie perdue affecte le rendement de ces appareils
et impose la mise en place d'un système de refroidissement.
2. Le courant électrique
Le courant électrique qui circule dans un conducteur est dû à un déplacement ordonné de particules
électriquement chargées appelées (porteurs de charge).
La nature des porteurs de charge dépend du conducteur :


conducteurs métalliques : ce sont des électrons libres (électrons ayant échappé à l'attraction
du noyau) ;
électrolytes : ce sont des ions (cations et anions).
Par convention, le courant électrique circule de la borne + à la borne -, à l'extérieur du générateur.
Les porteurs de charge positifs (cations) circulent dans le sens conventionnel.
Les porteurs de charge négatifs (électrons libres et anions) circulent dans le sens contraire au sens
conventionnel.
3. Intensité et tension électriques
3.1. Intensité électrique
L'intensité électrique, notée I, est la grandeur physique qui mesure le débit du courant électrique
dans un circuit ou une portion de circuit.
Elle se mesure à l'aide d'un ampèremètre et s'exprime en ampère (A).
3.2. Tension électrique
La tension électrique, notée UAB, est la grandeur physique qui mesure la différence de potentiel
électrique entre deux points d'un circuit ou une portion de circuit.
UAB = VA - VB
Le potentiel électrique mesure l'état électrique de chaque point d'un circuit par rapport à un point de
référence appelé masse.
Le potentiel et la tension électrique s'expriment en volt (V). La tension électrique se mesure à l'aide
d'un voltmètre.
3.3 Orientation d'un circuit électrique
L'intensité et la tension électriques sont des grandeurs algébriques (qui peuvent être positives ou
négatives). C'est la raison pour laquelle il est nécessaire d'orienter un circuit électrique ; c'est à dire
de choisir un sens positif pour le courant électrique (de préférence le sens conventionnel).
La tension électrique UPN entre les bornes positives et négatives d'un générateur est représentée par
une flèche orientée dans le sens positif choisi : c'est la convention générateur.
La tension électrique UAB entre les bornes d'un récepteur est représentée par une flèche orientée en
sens contraire par rapport au sens positif choisi : c'est la convention récepteur.
4. Lois des tensions et de l'intensité
4.1. Tension

En série
La tension aux bornes d'un ensemble de dipôles montés en série est égale à la somme des tensions aux
bornes de chacun d'eux.
UPN = UPA + UAB + UBN
Remarque : La tension entre les deux extrémités d'un fil de connexion est très faible (de l'ordre du
millivolt). Elle est en général négligeable.

En dérivation
La tension aux bornes d'un ensemble de dipôles montés en dérivation est la même.
UAB = UBC = ...
Elle est égale à la tension aux bornes du générateur s'il n'y a pas de dipôles en série avec cette
association.
4.2. Intensité

En série
L'intensité est la même en tout point d'un circuit série.
I1 = I2 ...

En dérivation
Dans un circuit en dérivation, l'intensité du courant qui circule dans la branche principale est égale à la
somme des intensités des courants qui circulent dans les branches dérivées :
IP = I1 + I2 ...
Les courants dérivés se répartissent en fonction de la résistance de chaque branche.
Enoncé équivalent : loi des noeuds
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des
courants qui en repartent.
4.3. Loi d'ohm
La tension aux bornes d'un conducteur ohmique est proportionelle à l'intensité du courant qui la
traverse. Le coefficient de proportionnalité est la résistance électrique du conducteur ohmique
UAB =
(V)
R . I
(Ω) (A)
5. Travail et puissance électriques
5.1. Travail électrique
En mode continu, le travail électrique We transféré à un conducteur AB, soumis à une tension UAB,
traversé par un courant d'intensité I pendant une durée ∆t a pour expression :
We  U AB .I .t
Unités S.I :
UAB (V)
I (A)
∆t (s)
We (J)
Remarque :
Il s'agit d'un mode de transfert de l'énergie et non d'un mode de stockage : le terme énergie
électrique est donc, en toute rigueur, impropre.
5.2. Puissance électrique
En mode continu, la puissance électrique Pe transféré au conducteur précédent s'exprime sous la
forme :
Pe 
Unités S.I :
We (J)
∆t (s)
We
t
Pe (W)
La puissance électrique Pe permet d'évaluer la rapidité d'un transfert d'énergie par travail
électrique : elle représente le transfert d'énergie pendant une durée de 1 s.
5.3. Conservation de l'énergie
Dans un circuit électrique, il y a conservation de l'énergie : la puissance électrique totale reçue par
l'ensemble
des
récepteurs
électriques est
égale
à
la puissance électrique
transférée au circuit par le générateur :
Pe = Pe1 + Pe2 + ...