Courant et tension

1. Courants et tensions.
Courant électrique.
Potentiel – tensions.
Dipôles.
Puissance et énergie électrique.
Lois générales de l'électricité en
courant continu.
1
Courant électrique.
•
•
•
•
•
Nature du courant.
Intensité du courant.
Représentation de l’intensité.
Mesure de l’intensité.
Loi des nœuds.
Lois générales de l'électricité en
courant continu.
2
Nature du courant.
• Le courant électrique est un déplacement
de charges électriques dans la matière.
• Ions, électrons.
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courant continu.
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Circulation des électrons.
• Les électrons chargés
négativement
circulent :
+
de la borne –
vers la borne +
du générateur.
-
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Courant électrique
• Le sens de circulation
conventionnel du
courant électrique est
de la borne +
vers la borne - du
générateur.
+
-
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Quantité d’électricité
• L’unité de charge électrique est le
COULOMB (C).
• La charge d’un électron est de :
- 1,6 x 10-l 9 C.
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INTENSITÉ DU COURANT.
L’intensité du courant
est le quotient de la
quantité d’électricité
Q par la durée t de
passage du courant.
Q
I
t
• I en ampères.
• Q en coulombs.
• t en secondes.
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L’unité d’intensité est
I’AMPÈRE (A).
• Multiples :
– Le Kilo ampère : 1kA = 103 A.
• Sous-multiples :
– Le milliampère : l mA = 10-3 A.
– Le microampère : 1A = 10-6 A.
– Le nanoampère : 1nA = 10-9 A.
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Représentation d’un même
courant électrique
• Deux manières de représenter un courant
de 3 mA circulant de A vers B.
+
A I = 3mA
+
B
-
A
I = - 3mA
B
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Représentation de l’intensité.
• Le courant électrique est représenté sur les
schémas par une flèche qui n’indique pas
forcément son sens réel.
• L’intensité du courant est une grandeur
algébrique ;
sa valeur est :
- positive lorsque le courant circule dans le sens
de la flèche.
- négative dans le cas contraire.
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Utilisation de l’ampèremètre.
• L’intensité se mesure avec un
ampèremètre placé en série dans le
circuit.
• Symbole de l’ampèremètre.
A
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Définition d’un nœud et analyse.
• Un nœud est un point
de circuit ou
aboutissent plusieurs
conducteurs.
• La somme des
courants arrivant à un
nœud est égale à la
somme des courants
qui en partent.
+
-
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courant continu.
M
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Récapitulons.
• Le circuit étudié comporte deux nœuds :
N1 et N2.
• I est le courant principal, I1, I2 et I3 sont
les courants dérivés.
• Les intensités des courants vérifient la
relation : I = I1 + I2 +I3 .
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Loi des Nœuds.
• Plus généralement, la
somme des courants
arrivant à un nœud
est égale à la somme
des courants qui en
partent.
• Exemple de Nœud
I1I3I4I2I5
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Lois générales de l'électricité en
courant continu.
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Potentiels - Tensions.
•
•
•
•
•
•
Différence de potentiel.
Représentation de la tension.
Potentiel de référence.
Mesure des tensions.
Loi des mailles.
Ordres de grandeur des tensions.
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courant continu.
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Différence de potentiel.
• Le potentiel d’un point caractérise son niveau
électrique il s’exprime en VOLTS (V).
• La circulation du courant électrique entre deux
points d’un circuit est due à une différence de
potentiel entre ces deux points.
• La différence de potentiel est aussi appelée
tension elle s’exprime en VOLTS (V).
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Représentation de la tension.
• La tension entre deux
points A et B est
notée UAB.
• UA est le potentiel du
point A, UB celui du
point B.
UAB = UA – UB.
• UA en volts ; UB en
volts ; UAB en volts.
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A
UAB
B
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U -> Grandeur Algébrique.
• La tension est une grandeur algébrique
représentée par une flèche.
A
UAB
A
UAB = - UBA
UBA
B
B
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Potentiel de référence.
• Le potentiel d’un
point n’est pas
mesurable, c’est un
nombre qui dépend
du point choisi
comme potentiel zéro
ou potentiel de
référence.
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Potentiel en différents points.
4.5V
• Les tensions aux bornes
des piles sont toujours les
mêmes.
• Par contre, les potentiels
soulignés dépendent du
point de référence.
D
1,5V
3V
C
1,5V
1.5V
B
1,5V
0V
A
1.5V
D
1,5V
C
0V
1,5V
B
-1.5V
1,5V
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A
-3V
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Exemple :
• Dans la figure cicontre :
• UAB = UA - UB.
• UAM = UA - UM.
• UBM = UB - UM.
Calculez les potentiels.
5V
UAB = 7 V
-2V
B
A
-2V
5V
0V
M
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MESURE DES TENSIONS
• La tension se mesure
avec un
VOLTMÈTRE.
• Le voltmètre se monte
en dérivation sur le
circuit.
• Placer un voltmètre
mesurant UAB .
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V
A
B
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LOI DES MAILLES.
• Un circuit fermé est une
maille.
• Dans le montage, on peut
définir 3 mailles :
ABE; BCDE; ABCDE.
A
B
C
E
D
• La somme algébrique des tensions rencontrées en
parcourant une maille est nulle.
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Étude de la maille ABEA.
• UAB+UBE+UEA = 0 V
A
B
E
C
D
• Une des tension de
cette maille peut
s ’écrire :
• UAE =UAB+UBE
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courant continu.
26
Dipôles.
• Définition.
• Caractéristiques d’un dipôle.
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27
Définition d’un dipôle.
• Un dipôle est une
portion de circuit
comprise entre deux
bornes (pôles).
Résistance
Lampe
Générateur
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Caractéristique d’un dipôle.
•
•
•
•
•
Dipôle passif.
Dipôle actif.
Dipôle linéaire.
Dipôle non-linéaire.
Dipôle symétrique
(non polarisé).
• Dipôle polarisé.
I
U (V)
U
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I (A)
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courant continu.
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Puissance.
• Définition.
• Mesure de Puissance.
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courant continu.
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Définition de la Puissance.
• La puissance électrique mise en jeu
entre deux points d’un circuit est
égale au produit de la tension entre
ces deux points par l’intensité du
courant qui le traverse.
PU.I
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• P en Watts.
• U en Volts.
• I en Ampères.
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L’unité de puissance est le Watt.
• Le dipôle générateur
fournit de la puissance
au circuit.
• Le dipôle récepteur
absorbe de la
puissance.
I>0
I>0
U >0
U >0
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Mesure de la puissance.
* W
Mesure au wattmètre.
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34
Énergie électrique.
• Définition.
• Rendement.
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Définition de l’énergie absorbée.
• L’énergie électrique absorbée
par un circuit est égale au
produit de la puissance
consommée par le temps de
fonctionnement.
W  P .t
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• W en joules
• P en watts
• t en secondes
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Unité d’énergie
• L’unité d’énergie W est le Joule (J).
• Une autre unité d’énergie utilisée en
électricité, est le watt-heure (Wh) et son
multiple le kilowatt-heure (kWh).
• 1 Wh = 3600 J.
• 1 kWh = 3,6 x 106J.
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Exercice.
•
•
•
•
Un radiateur électrique dont la puissance
absorbée est de 1500 W a fonctionné 3 h.
Calculer l’énergie absorbée en :
Wh ,
en kWh ,
et en Joules .
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RENDEMENT
• Un récepteur électrique ou machine, absorbe de
l’énergie électrique et la restitue sous d’autres
formes.
• Ainsi un moteur électrique transforme l’énergie
électrique qu’il absorbe en énergie mécanique.
• La transformation d’énergie s’accompagne
toujours d’un dégagement de chaleur, c’est de
l’énergie perdue.
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Bilan énergétique.
• Lors de la
transformation,
l’énergie est conservée :
Énergie absorbée.
Chaleur.
Énergie absorbée
=
Énergie utile + Chaleur
soit :
Wa = Wu + pertes
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MACHINE
(Moteur,lampe
alternateur…)
Énergie utile.
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Rendement d’un récepteur.
• Le rendement d’un récepteur est égal :
– Au rapport entre la quantité d’énergie utile qu’il
produit et la quantité d’énergie qu’il absorbe.
– Au rapport entre la puissance utile et la
puissance absorbée.
Wu
Wa
 Pu
Pa
•
•
•
•
Wu énergie utile.
Wa énergie absorbée.
Pu puissance utile.
Pa puissance absorbée.
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EXEMPLES
• Le générateur d’une centrale électrique de
puissance utile 125 MW absorbe une
puissance mécanique de 130 MW.
11-Calculer son rendement.
12-Quelle est l’énergie dissipée (perdue) en
chaleur en une journée (24h) ?
• Quel est le rendement d’un radiateur
électrique ?
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