Chapitre 7

Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
I) Electrostatique :
1) Les charges électriques :
On étudie l’électricité statique qui apparaît par frottement sur un barreau
d’ébonite puis sur un barreau de verre.
Un filet d’eau est dévié lorsqu’on approche un barreau d’ébonite ou de verre
frotté. Le pendule électrostatique est d’abord attiré par le barreau frotté.
Le fait de frotter le barreau d’ébonite ou de verre modifie ses propriétés : on
dit que le barreau s’est électrisé.
Nous admettrons les définitions et les propriétés suivantes :
- L'électricité qui apparaît sur l’ébonite frottée est de signe négatif (−).
- L’électricité qui apparaît sur le verre frotté est de signe positif (+).
- Deux corps portant des charges de même signe se repoussent.
- Deux corps portant des charges de signes contraires s’attirent.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
I) Electrostatique :
2) Les isolants et les conducteurs :
On approche un barreau d’ébonite frotté d’un pendule électrostatique
constitué d’une boule très légère entourée d’une feuille d’aluminium
et reliée à un support par un fil de nylon :
- Les électrons (−) apportés par frottement créent des charges
localisées qui ne se déplacent pas dans le matériau.
Ce matériau ne conduit pas l’électricité : c’est un isolant.
Remarque : On peut montrer que le verre frotté, se charge
positivement (+).
ébonite (isolant)
- La boule du pendule initialement neutre électriquement, reste encore neutre.
Le papier d’aluminium contient des électrons libres qui sont repoussés par
les charges négatives de l’ébonite : il apparaît des charges (+) face à
l’ébonite et des charges (−) de l’autre coté.
L’aluminium est un métal qui possède des électrons libres c’est un
matériau conducteur.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
I) Electrostatique :
3) L’électroscope :
L’électroscope est fait de matériaux conducteurs et il est généralement
constitué par un plateau relié à une partie fixe munie d’une partie mobile très
légère (feuille d’aluminium ou d’or ou levier en aluminium).
Quand l’électroscope est chargé, la partie légère se soulève car elle porte la
même charge que la partie fixe. La déviation est d'autant plus importante que
la charge est grande.
On peut charger un électroscope par contact ou par influence :
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
II) Le courant électrique :
1) Circuit électrique :
On considère un montage électrique qui comporte,
en série, un générateur, un interrupteur et une
lampe, reliés les uns à la suite des autres par des
conducteurs (fils ou cavaliers).
Le circuit électrique fermé est constitué par une
chaîne ininterrompue de conducteurs.
Cette chaîne fermée comporte un générateur, le
courant circule et l’ampoule s’allume.
Si la chaîne est interrompue par un isolant
(interrupteur), le courant ne circule plus : on dit
que le circuit est ouvert.
générateur
de tension
interrupteur
ampoule
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
II) Le courant électrique :
2) Nature et sens conventionnel du courant électrique :
Les charges mobiles (ici, les électrons libres), présentes dans les conducteurs
du circuit, prennent un mouvement d'ensemble. Le générateur ne crée pas
d'électrons, il assure seulement leur circulation. Son rôle est comparable à
celui d'une pompe.
Le sens du courant électrique est défini conventionnellement :
Le sens conventionnel du courant électrique est celui que prendrait des
porteurs de charges positives.
On peut dire aussi que :
Dans le circuit électrique, à l'extérieur du générateur, le courant
électrique va conventionnellement de la borne (+) vers la borne (−).
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
II) Le courant électrique :
3) Mesure de l’intensité du courant électrique :
Pour mesurer l’intensité d’un courant électrique on utilise un ampèremètre. On
utilise, en fait, un multimètre (qui peut mesurer différentes grandeurs
électriques) en ampèremètre.
- L’ampèremètre possède deux bornes (c’est un dipôle) :
* une borne rouge (ou notée A ou +),
* une borne noire (ou notée COM ou −).
- L’ampèremètre doit être branché en série dans le circuit pour qu’il soit
traversé par le courant dont on veut mesurer l’intensité.
- Connaissant le sens du courant (conventionnel), ce courant doit
traverser l’ampèremètre de sa borne rouge (A ou +) à sa borne noire
(COM ou −).
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
II) Le courant électrique :
4) Propriétés du courant électrique :
a) Circuit série :
On considère un circuit dans lequel les différents
dipôles sont montés en série avec un générateur
électrique.
En plaçant l’ampèremètre à différents endroits
(en série) du circuit, on constate que l’intensité du
courant est la même.
L’intensité du courant dans un circuit série est la même en tout point
du circuit.
Remarque : Nous admettrons que l’ampèremètre lui-même ne modifie pas
l’intensité du courant lors de la mesure : l’ampèremètre se
comporte comme un conducteur parfait.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
II) Le courant électrique :
4) Propriétés du courant électrique :
b) Circuit en dérivation :
On considère un circuit dans lequel deux
ampoules sont montées en dérivation aux bornes
d’un générateur électrique.
Entre les points A et B, on a deux branches de
circuit en dérivation. L’expérience montre que :
L’intensité I du courant dans la branche
principale est égale à la somme des intensités
I1 + I2 des courants dans les branches dérivées.
Un nœud d’un circuit électrique est un point où se connectent plus de
deux conducteurs.
Nous pouvons généraliser la loi dite des nœuds :
Au nœud d’un circuit électrique la somme des intensités des courants
rentrant dans le nœud est égale à la somme des intensités des
courants sortants.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
III) La tension électrique :
1) Notion de tension :
La tension entre deux points traduit le déséquilibre électrique qui existe
entre ces deux points (analogue à une différence de pression dans un
circuit hydraulique).
En mesurant une tension on compare les "états électriques" des deux points.
- En circuit fermé la tension aux bornes d'une lampe produit son éclairement :
le déséquilibre électrique produit un courant à travers l'ampoule.
- En circuit ouvert, la tension ne produit aucun effet : le déséquilibre subsiste.
Remarque : D'une façon générale, on doit parler de la tension entre deux
points.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
III) La tension électrique :
2) Unité et mesure de la tension électrique :
L'unité légale fondamentale de mesure de la tension est le volt (V).
Pour mesurer la tension électrique entre deux points d’un circuit on utilise un
voltmètre. On utilise, en fait, un multimètre (qui peut mesurer différentes
grandeurs électriques) en voltmètre.
Pour mesurer la tension entre deux points, le voltmètre doit être monté
en dérivation (ou en parallèle).
Pour mesurer la tension UAB nous connecterons le point A à l’entrée V
du voltmètre et le point B à l’entrée COM.
Nous pouvons vérifier que :
- la tension aux bornes d’un fil de connexion est pratiquement nulle.
- La tension aux bornes d’un dipôle (récepteur) non parcouru par un
courant est nulle.
- La tension aux bornes d’un interrupteur fermé (parcouru ou non par un
courant) est nulle (conducteur parfait).
- La tension aux bornes d’un interrupteur ouvert est égale à la tension
aux bornes du générateur.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
III) La tension électrique :
3) Lois des tensions :
a) Circuit série :
On considère un circuit dans lequel les
différents dipôles sont montés en série
avec un générateur électrique.
On vérifie expérimentalement que la
tension aux bornes des deux dipôles
est égale à la somme des tensions aux
bornes de chacun des dipôles.
On peut généraliser ce résultat en énonçant la loi d’addition des tensions :
La tension aux bornes de plusieurs dipôles en série est égale à la
somme des tensions aux bornes de chaque dipôle.
Chapitre 7 :
CHARGES, COURANT, TENSION
S3F
III) La tension électrique :
3) Lois des tensions :
b) Circuit en dérivation :
On considère un circuit dans lequel les
différents dipôles sont montés en dérivation
avec un générateur électrique.
On vérifie expérimentalement que la tension
aux bornes de chaque dipôle est la même.
La tension aux bornes de dipôles montés en dérivation est la même.