CH1-EC1 : Circuit Electrique en Régime Stationnaire : Circuit

CH1CH1-EC1 : Circuit Electrique en Régime Stationnaire (Part1)
Part1) – 1/3
1/3
I) Définitions Générales :
I.1) Définitions :
● Circuit électrique (ou réseau électrique) : Ensemble de composants reliés entre eux par des fils de jonction et
dans lequel circule un courant
● Dipôle :
Composant à 2 bornes
Point commun à au moins 3 composants
● Nœud :
● Maille :
Circuit électrique formant un contour fermé
● Branche :
Portion de circuit reliant 2 nœuds consécutifs
I.2) Illustrations :
Illustrer sur les schémas suivants les définitions précédentes
Nombre de ?
Réseau(x) :
Dipôle(s) :
Nœud(s) :
Maille(s) :
Branche(s) :
D1
D5
D2
D3
D4
D6
II) Courant Electrique – Intensité :
II.1) Définitions
Définitions :
Un courant électrique est un DEPLACEMENT D’
D’ENSEMBLE de porteurs
de charges (électrons, ions, …) dans un conducteur (métal, liquide,
liquide, …)
Exemple d’un liquide :
Exemple d’un Métal (solide) :
Générateur
Générateur
Atomes fixes du matériau
Particularité d’un matériau conducteur ?
De quoi est constitué un liquide ?
Que se passe-t-il en l’absence de courant ?
Que se passe-t-il en l’absence de courant ?
Que se passe-t-il en présence de courant ?
Que se passe-t-il en présence de courant ?
Charge d’un électron ?
Charge des porteurs de charges ?
Sens Conventionnel du Courant : Sens de déplacement des charges positives
Dans un circuit électrique
électrique : Du + vers le – EN DEHORS DU GENERATEUR
Attention : la charge d’un électron est négative Il se déplace du – vers le + en dehors du générateur
Intensité du Courant :
Mesure la quantité de charge traversant le fil pendant un temps donné
Intensité
Intensité = Débit de charges :
i=
dq
dt
avec
i : l’intensité en Ampère (A)
q : la charge en Coulomb (C)
t : temps en secondes (s)
II.2) Applications :
Valeur de l’intensité ?
Quel est le courant crée par un flux constant de 1020 électrons de charge par secondes ?
Combien d’électrons traversent un fil dans le quel on mesure un courant continu de 1A ?
Signe de l’intensité ?
I <0 ?
L’intensité peut-elle être négative ?
Qu’est-ce que cela signifie ?
Remarque :
En général, on choisit arbitrairement le sens des flèches des courants, car on ne peut pas
toujours connaître initialement les sens réels de déplacement des courants dans les fils.
Si on obtient un signe positif, cela signifie que le sens choisit correspond bien au sens de
déplacement des porteurs de charge positives, sinon, il s’agit du sens opposé…
II.3) Loi des Noeuds :
Loi des Noeuds : La somme des intensités des courants entrant dans un nœud
est égale à la somme des intensités des courants qui en sortent
∑
∑
Ij =
e n tr a n t
Ik
s o r ta n t
Pourquoi ?
Application :
I1
Ecrire les lois des noeuds
I2
I3
I1
I3
A
I2
Courants dans la même branche ?
B
D1
I4
C
I2
I1
I5
I2
I3
D4
D5
I6
I8
I4
D2
I4
D6
I3
I1
D3
I7
CH1CH1-EC1 : Circuit Electrique en Régime Stationnaire (Part1)
Part1) – 2/3
2/3
III) Potentiel – Tension Electrique :
III.1
III.1) Définitions :
Potentiel d’un point :
En tout point X d’un circuit électrique, on peut définir le potentiel VX, en Volts
Le potentiel qualifie l’état électrique de ce point
Masse M :
C’est la référence des potentiels – On fixe
VM = 0V
Symbole :
M
U AB =VA −VB
Tension entre 2 points AB :
A
B
U BM =VB −VM =VB
VA
UAC
Additivité des Tensions
Tensions :
UAB
A
UBC
U AC = U AB +U BC
B
C
Démo :
III.2) Loi des mailles :
Loi des Mailles : La somme algébrique des tensions le long d’une maille orientée est toujours nulle
∑
ε i ⋅U i = 0
(Ne dépend pas de la nature des dipôles)
m a ille
ε i = 1
ε i = −1
Avec 
Exemple :
Si la tension est dans le sens de la maille
Si la tension est dans le sens opposé
U1
U3
U2
Méthode Générale :
a) Identifier et ORIENTER la maille à étudier
b) Choisir un point de départ
c) Parcourir la maille en sommant les tensions
Avec un + si elles sont dans le sens de la maille
Avec un - si elles sont dans le sens opposé
d) La somme est égale à 0
U1
U2
U4
U5
U6
U3
U7
Exercice d’application 1 :
D1
I0
I1
P
I8
D3
I5
I3
M
D5
N
I2
Dans le circuit suivant, D1, D2, D3, D4 et D5 sont des dipôles quelconques.
Calculer les valeurs des intensités inconnues. Données : I0 = 4A, I1 = 1A, I4 = 2A.
D2
D4
I7
I6
Physiquement, que signifie I4 = 2A pour D4 ?
Combien d’électrons traversent le fil pendant
une seconde ?
U1
I4
Q
U3
D1
D3
U5
Exercice d’application 2 :
Dans le circuit suivant, D1, D2, D3, D4, D5 et D6 sont des
dipôles quelconques. Calculer les valeurs des tensions
inconnues. Données : U2 = 4V, U3 = 5V et U6 = 10V.
D5
D2
U2
D4
D6
U6
IV)
IV) Convention d’orientation et caractéristique
caractéristique d’un dipôle :
Deux grandeurs sont nécessaires à caractériser l’état d’un dipôle :
La TENSION à ses bornes U
L’INTENSITE qui le traverse I
IV.1) Convention d’orientation :
De quoi s’agits’agit-t-il ?
2 CONVENTIONS POSSIBLES
Convention …………………
La convention d’orientation dépend-elle du dipôle étudié ?
IV.2) Caractéristique d’un dipôle :
De quoi s’agits’agit-t-il ?
Convention …………………
U4
CH1CH1-EC1 : Circuit Electrique en Régime Stationnaire (Part1) – 3/3
V) Conducteur Ohmique, ou Résistor
V.1) Loi d’Ohm :
Définition :
Un conducteur ohmique (ou résistor) est un dipôle qui limite le passage du courant, et
dans lequel la loi d’Ohm est vérifiée :
Loi d’Ohm :
En convention RECEPTEUR : U
= R ×I
, avec
U : la tension en Volt (V)
R : la résistance du résistor en Ohm (Ω)
I : l’intensité du courant en Ampère (A)
Cela provoque un effet thermique (échauffement), appelé effet Joule
Remarque :
On utilise également la conductance G =
1
R
, exprimée en Siemens (S)
Caractéristique d’un Résistor :
Méthode : Retrouver la valeur de R à partir de la caractéristique
On mesure la caractéristique d’un résistor de résistance R inconnue :
Tension (en V)
0
5
10
15
Intensité (en mA)
0.0
2.2
4.5
7.0
Représenter la caractéristique U=f(I) de la résistance
Calculer la valeur de R à partir de la courbe tracée
20
9.0
25
11.4
30
13.7
V.2) Association en Série de Résistors – Pont diviseur de tension :
U
I
R1
Pont diviseur de Tension :
R2
R3
Lorsque 2 résistors sont en série, on peut exprimer directement la tension aux
bornes de chacun d’eux en fonction de la tension `totale` et des résistances.
U
I
U1
U2
R1
R2
Le Potentiomètre :
Il s’agit d’un composant à 3 bornes
A (noir)
A
RAC = (1-α)R
R = 10kΩ
C
α varie de 0 à 1 en fonction
de la position du curseur
C
(Curseur)
(rouge)
RAB = RAC + RCB = R
RBC = αR
(Résistance totale)
B (noir)
B
Application au montage potentiométrique :
Exprimer Us en fonction de E et de α
R
E
Us
V.3) Association en Parallèle de Résistors – Pont diviseur de courant :
U
I
I1
R1
I2
R2
I3
R3
Pont diviseur de Courant :
Lorsque 2 résistors sont en parallèle, on peut exprimer directement le courant
qui traverse chacun d’eux en fonction du courant `total` et des résistances.
U
I1
R1
I2
R2
I
V.4) Association mixte de Résistors :
On regroupe les résistors 2 par 2
R1 = 2kΩ
R3 = 500Ω
R2 = 2kΩ
R3 = 500Ω
R4 = 500Ω
R1 = 2kΩ
R2 = 2kΩ