Barbieux Alexandre Callewaert Kévin Carlen Cédric Devoddere Kévin

Barbieux Alexandre
Callewaert Kévin
Carlen Cédric
Devoddère Kévin
Année 2008/2009
Problématiques :
Sommaire
I) Les caractéristiques d'un courant électrique.
→ L'intensité du courant, la tension, le court-circuit, la puissance
électrique, les types de courant (alternatif, continu).
II) Comment créer un courant électrique ?
→ Les principes de l'alternateur et de la pile.
III) Le transport du courant.
→ Comment le courant électrique est acheminé, le principe du
transformateur.
IV) Notre production.
→ Reprise des principes de l'alternateur et du transformateur.
I) Les caractéristiques du courant électrique
A) Introduction
Deux types d'électricité :
- Statique : Due à un excès d’électrons dans un
matériau isolant.
- Non statique : Due à un déplacement d’électrons
(matériau conducteur) ou un déplacement d’ions
(solution électrolyte).
B) Différences Tension/Intensité
1) L’intensité
- Déterminée en Ampères.
- Se mesure grâce à un ampèremètre, branché en
série.
- Définie par la formule : I = ∆Q/∆t avec ∆Q la
charge électrique en coulombs, et ∆t en
secondes.
Mais à quoi correspond un ampère ?
- 1 Ampère = Une charge d’1 Coulomb en une seconde.
- Charge électron : ≈ -1,6.10-19 Coulomb.
- Circulation électrons : Sens contraire du courant.
 1 Coulomb correspond à la charge obtenue grâce à la
circulation de x électrons.
 1,6.10-19 x = 1 Coulomb.
 x = 1/1,6.10-19 ≈ 6,25.1018 électrons.
 1 A correspond à un débit d'environ
6,25.1018 électrons en une seconde.
2) La tension
- C’est la différence de potentiel électrique entre deux
points.
- Potentiel électrique : valeur qui décroît de la borne +
vers la borne – d’un générateur.
- Déterminée en volts.
- Définie notamment par : U = W/q.
- Se mesure grâce à un voltmètre, branché en
dérivation.
La loi d’Ohm
- Aux bornes de cette résistance, on a : U = R.I
- Cela s’applique à tout dipôle passif linéaire.
C) Qu’est-ce qu’un court-circuit ?
- Deux fils de potentiels différents en contact
- Le courant peut ainsi circuler dans des fils de plus
faible résistance
- U = R.I
- U reste constante, R diminue, donc I augmente.
D) La puissance électrique
- C’est la rapidité de transfert de l’énergie.
- Définie par :
- P = UI
- P = E/t
- Exemples de consommation électrique :
- Ampoule économique : ≈ 15 W
- Télévision : ≈ 600 W
- Moteur électrique de T.G.V : ≈ 1 MW !
- Se mesure avec un wattmètre.
E) Les différents types de courant
1) Courant continu :
- Courant électrique où les électrons ne circulent que
dans un sens, et où la tension entre les bornes du
générateur est constante.
- On l’abrège souvent par DC (Direct Current)
- Il est peu utilisé car il favorise les pertes d’énergie.
Courbe représentative de la tension en fonction du temps.
2) Courant alternatif
- Courant électrique où les électrons circulent
alternativement dans les deux sens possibles.
- Souvent abrégé par AC (Alternating Current)
- Défini par sa fréquence f, en Hz.
- Le plus souvent, courbe représentative d’un courant
alternatif en fonction du temps = sinusoïde :
Ceci est un courant
alternatif monophasé.
Le courant alternatif triphasé
- C’est un ensemble composé de trois courants
alternatifs monophasés.
Coupe d’une prise dans laquelle un
courant alternatif triphasé va circuler.
Courbes représentatives d’un courant
alternatif triphasé en fonction du temps.
Comment passer d’un courant alternatif à un courant continu ?
- Il faut utiliser un redresseur de courant et un condensateur.
- Voici la représentation du courant alternatif triphasé que l’on a
au départ :
On utilise un redresseur de courant – voici ce que
l’on obtient (dans un cas idéal) :
Toutes les tensions négatives ont été modifiées de façon à
obtenir des tensions positives.
- On utilise ensuite un condensateur :
Le condensateur a permis d’obtenir une tension qui ne varie que
très peu. Cette variation sera tellement faible qu’on la négligera :
on dira alors que l’on a une tension continue.
C’est ainsi que l’on passe du courant alternatif au courant continu.
II) Création du courant électrique
Les méthodes de création :
Plusieurs méthodes de création du courant électrique,
qui impliquent toutes l’utilisation d’une énergie, qui
peut être :
- Mécanique, comme dans les alternateurs.
- Chimique, comme dans les piles.
A) Le principe de l’alternateur
- Le rotor (au centre des images) comporte des aimants
- Le stator (autour du rotor) = cage comportant des bobinages.
- Déplacement d’aimants par rapport aux bobinages
 Induction électromagnétique  Création de courant électrique.
- Rotor = inducteur, et Stator = induit
B) Le principe de la pile
- Électrolyte : solution chimique
- Une borne négative
- Une borne positive
Réaction chimique d’oxydoréduction
 Donc échange d’électrons
 Circulation d’électrons
 Création de courant électrique
III) Le transport du courant électrique
A)De la production au transport
4 étapes fondamentales :
-
Tension à la sortie de la centrale : 20 kV.
Transport sur ligne : 400 kV.
Tension abaissée par transformateur : 24 kV.
Tension domicile : 230 V.
Pourquoi une telle hausse de la tension ?
• Hausse de la tension = Moins de pertes
• Lignes = Résistance : R = ρ l/S
• => Effet Joule responsable
Mais qu’est-ce que l'effet Joule ?
• Manifestation thermique de la résistance à l'intérieur des
câbles électriques.
• Transforme une énergie électrique en énergie
thermique.
• Indésirable sur les lignes à haute tension car
perte d'énergie.
• Caractérisation :
P = I² x R où R représente la résistance électrique,
elle-même dépendante d’une autre grandeur : la
résistivité du matériau dans lequel le courant
électrique circule. I est l'intensité , et P est la
perdue en Watts.
Mais qu’est-ce que la résistivité ?
- Correspond à la résistance d’un échantillon d’1 m de
longueur et d’1 m² de section.
- Ne dépend que du matériau et de la température ambiante.
- Son unité est le Ohm-mètre (Ω.m)
- N’est quasiment jamais nulle,
ni infinie, ni négative : autrement
dit, un matériau ne peut jamais
être un parfait isolant ni un
parfait conducteur.
B) Le transformateur
C’est un système composé de 2 bobinages, et de feuilles
d’acier doux. Il doit conserver la puissance : P1 = P2
Relations : U1 / U2 = n / m
n I1 = m I 2
IV)Notre production
A) La création du courant électrique :
Voici notre maquette :
On fait translater un aimant à
travers une bobine pour créer
du courant grâce à l’induction
électromagnétique.
On branche deux multimètres (ampèremètre + voltmètre).
Voici ce que l’on obtient :
On a bien une intensité et une tension qui sont créées.
Nous avons essayé de vérifier que la tension créée aux
bornes du bobinage dépend de la vitesse de translation
de l’aimant dans la bobine.
On branche un oscilloscope aux bornes du bobinage.
Voici la courbe obtenue :
- Première moitié :
vitesse peu élevée.
- Seconde moitié de la
courbe : vitesse plus
élevée.
B) Le transformateur
On connecte l'alimentation du laboratoire aux deux
bobinages d'un transformateur.
1er bobinage :
≈ 500 spires.
2ème bobinage : ≈ 250 spires.
Pour conclure...
- On peut dire que le courant électrique est un
phénomène qui doit être maîtrisé pour pouvoir en
tirer avantage.
- Il faut cerner les notions fondamentales de
l'électricité afin d'être capable d'adapter le courant à
créer à nos besoins.