Energie électrique (charges électriques)

HPT UAA5 CC 150427
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AUTEURS : Philippe Godts, Jean-Baptiste Schuermans
6 octobre 2014
Clarifications conceptuelles à l’usage du professeur
Electricité
Circuit électrique de base
conducteurs.
Un générateur est un dispositif capable de séparer des charges opposées tant que fonctionne le
sur deux bornes différentes appelées la borne positive et la borne négative. Au cours de ce
électrique. On peut également considérer le générateur comme un dispositif communiquant de
 Nous privilégierons cette définition pour sa simplicité
et son lien avec les analogies, même si elle ne
correspond pas toujours aux processus atomiques, et en
particulier aux réactions chimiques observées. Ainsi,
dans les électrolytes (des piles et des cuves
des anions se déplaçant en sens inverse.
Un récepteur est un dispositif  énergie aux
charges électriques le traversant.
1
Au cours de ce
énergie secondaire (chi  
Tout comme le générateur, le récepteur possède  au
moins  deux bornes.
Pour que le récepteur et le générateur fonctionnent, il faut relier leurs
bornes positives et négatives respectives avec deux conducteurs. Quand
le circuit ainsi formé est ininterrompu, on dit que le circuit est fermé : un
courant électrique, constitué de charges électriques, circule dans celui-ci.
comme allant de la borne positive à la borne négative du générateur en
traversant le récepteur          
niveau atomique, les porteurs de charge au sein des conducteurs solides,
 : ils
vont de la borne négative à la borne positive du générateur en traversant
le récepteur  du courant.
1
On peut aussi considérer le récepteur comme un dispositif où des charges opposées se rejoignent et
s’équilibrent.
HPT
Formation scientifique
UAA5
Energie
primaire
(chimique,
mécanique,…)
)
Energie
électrique
(charges
électriques)
Générateur
Energie
électrique
(charges
électriques)
Energie
secondaire
(chimique,
mécanique,…
))
Récepteur

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simultanément 
ouvre le circuit en un point quelconqu        Notons que, au
niveau atomique, les électrons de conduction ont une vitesse très faible : à peine quelques millimètres
par seconde !
De nombreux générateurs, dont ceux alimentant les prises du
secteur (prises domestiques), fournissent une tension
alternative       
Certains récepteurs (les ampoules à incandescence, les
        nverse de la
sous une tension continue, le courant ne peut circuler que
dans un sens.
Un court-circuit            
générateur sans devoir passer par un récepteur. Il en résulte un courant électrique très important qui
endommager les générateurs, voire les conducteurs. Certains générateurs (transformateurs
-circuits.
2
aux
effets observables au niveau du récepteur. Ceux-ci peuvent être de plusieurs types.
 Effet thermique : résistances chauffantes, rhéostats, la plupart des conducteurs, lampes à
incandescence Au-e ces récepteurs deviennent
lumineux par incandescence.
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 Effet mécanique : moteurs, haut- Ces réc   agnétique du
courant électrique.
 Effet chimique         Ces processus
sont détaillés dans le cours de chimie.
 Effet électroluminescent : tubes luminescents, LED (diodes électroluminescentes), écrans de
 Ce le cadre de la physique quantique, abordée
éventuellement en fin de 3ème degré.
 Effet électromagnétique  
dans le cadre des ondes au 3ème degré.
Association de générateurs et de récepteurs
La plupart des circuits comportent plusieurs générateurs et/ou
récepteurs.
Ces dispositifs peuvent être branchés en série. Dans ce cas,
borne négative du dispositif suivant, etc. Si une des
connexions est déficiente, ou si un des dispositifs ne laisse
plus passer le courant, celui-    
circuit.
Les générateurs et/ou récepteurs peuvent aussi être
branchés en parallèle ou en dérivation. Dans ce cas, les
bornes positives des dispositifs sont raccordées ensemble, et
conséquence sur le fonctionnement des autres.
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Voir plus loin dans la section sur la sécurité électrique, le paragraphe sur la sécurité des installations.
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Voir plus loin dans la section sur les grandeurs électriques, les paragraphes sur la résistance électrique et sur
l’effet joule.

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Le schéma électrique 
utilisant des symboles conventionnels. En voici quelques-uns :
Générateur de tension
continue (symbole général)
Interrupteur (ouvert)
Pile
Commutateur
(Le contact est établi soit entre
les bornes A et B comme illustré,
soit entre les bornes A et C)
Récepteur (symbole général)
Ampoule, lampe à
incandescence
Résistance, rhéostat,
Moteur
Résistance variable
(Lors du réglage, on modifie à la
fois la valeur de la résistance4
entre les bornes A et C et la
valeur de la résistance entre les
bornes C et B. La valeur de la
résistance entre les bornes A et
B reste constante.)
Diode électroluminescente
(LED)
(Ce récepteur ne fonctionne que
quand le courant y circule dans le
sens indiqué par la flèche, c’est-
à-dire de la borne + à la borne -)
Grandeurs électriques
La tension électrique           
traversant un récepteur. Elle se calcule par le
ur de la charge :
U = W/q
joule/1 coulomb, ou 1 V = 1 J/1 C. Elle se mesure
en raccordant un voltmètre en parallèle avec le
dispositif aux bornes duquel on désire mesurer la
tension.
Quand plusieurs dispositifs sont raccordés en
parallèle, une même tension règne à leurs bornes.
Quand plusieurs dispositifs sont raccordés en série,
la tension aux bornes du groupement est la somme
des tensions aux bornes de chaque dispositif. Plus
généralement, on appelle maille toute portion
nsions aux bornes des générateurs est égale à la somme des tensions
e.
Le courant électrique (aussi appelé intensité du courant électrique) est la quantité de charge
électrique par la durée : I = q/t
dans le SI. 1 ampère = 1 coulomb/1 seconde, ou 1 A
où on désire effectuer la mesure, et en y raccordant un
ampèremètre en série.
Quand plusieurs dispositifs sont raccordés en série, un
même courant électrique    
Quand plusieurs dispositifs sont raccordés en
parallèle, le courant électrique circulant dans le
groupement est la somme des courants électriques
circulant dans chaque dispositif.
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Voir section « Grandeurs électriques » ci-dessous.

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Plus généralement, on appelle nœud 
    électriques        
courants électriques 
La résistance électrique     esure
de la difficulté à y faire circuler un courant, ce qui est
par le courant qui y circule pour la tension correspondante :
R = U/I, et shm = 1 volt/1
ampère, ou 1  = 1 V/ 1 A. La lettre grecque « oméga »
majuscule a été choisie car elle remplace la lettre latine
« O » qui aurait pu être confondue avec le chiffre zéro. La
résistance se mesure à          
récepteur est en fonctionnement, ou en le branchant directement à un ohmmètre  ne fait pas partie
 circuit électrique.
Les résistors dont la résistance reste constante quand la tension à leur borne varie obéissent à la loi
d’Ohm : le courant est alors directement proportionnel à la tension. Tous les conducteurs possèdent
une certaine résistance et sont donc 
La puissance électrique 
par seconde. Elle se calcule par le produit de la tension aux bornes du dispositif par le courant qui le
traverse : P = U.Iampère, ou 1 W = 1 V.1 A. Elle se
fonctionnement, ou en y insérant un wattmètre (ou énergiemètre).
énergie électrique transformée par un générateur ou un récepteur se calcule par le produit de sa
puissance par la durée : W = P.t
par la qua           
fonctionnant pendant une heure : 1 kWh = 3600000 J = 3,6.106 J.
    transformera en énergie
effet joule
faible.
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électrique en énergie thermique est appelé résistor.
Mesure des grandeurs électriques
La tension et le courant se mesurent  dédiés (voir
ci-contre un ampèremètre analogique), soit au moyen de multimètres (voir ci-
dessous un multimètre digital). appareil est analogique quand on lit la
       et il est digital quand un
nombre  sur son écran. Les multimètres comprennent un
sélectionneur permettant de sélectionner le type de courant (alternatif ou
continu), le type de mesure désiré (tension ou courant), et le calibre (la plage
de mesure). Tous ces appareils disposent de deux à quatre broches pour le
raccordement au circuit. Avant de raccorder un multimètre, on veillera à
débrancher le générateur, et on placera le sélectionneur du multimètre sur
une valeur largement supérieure à la valeur attendue.
Quelle que soit la mesure effectuée, la broche appelée « neutre ou
masse », généralement de couleur noire, est systématiquement
raccordée du côté du circuit raccordé à la borne négative du
générateur.
Pour mesurer une tension      
        ux deux
bornes du générateur, du récepteur, ou du groupement pour lequel on
désire mesurer la tension, sans modifier aucun branchement dans le
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En partant de la loi de la puissance électrique (P = U.I) et en remplaçant I = U/R, on obtient : P = U²/R, ce qui
vérifie cette affirmation.

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circuit. On rebranche alors le générateur et on ajuste éventuellement le sélectionneur pour affiner la
mesure.
Pour mesurer un courant, les multimètres possèdent généralement deux broches : une broche non
sécurisée par u    
parfois la même que pour la tension           
ment par utiliser la broche non
sécurisée (le sélectionneur étant placé dans la position ad 
mesures plus précises en utilisant la broche sécurisée, si le courant mesuré le permet. Pour
raccorder le multimètre, on ouvre le ci
générateur.
De nombreux multimètres possèdent en outre la possibilité de mesurer des résistances de
récepteurs. On veillera à ce que ceux-ci soient au préalable complètement déconnectés de tout
générateur.
Sécurité électrique
Pour les personnes  comme tous les êtres vivants          
courant électrique supérieur à environ 10 mA (milliampères) qui pourrait provoquer une tétanisation
musculaire, voire une fibrillation du muscle cardiaque. Cela pourrait se produire si une personne
touche accidentellement deux conducteurs 
pouvant être la Terre. Le risque est accru si les contacts sont humides. Pour prévenir le risque de
fuite de courant, les appareils électriques fonctionnant sous une tension supérieure à 50 V sont munis
 par
       , et les installations modernes
sont équip            
entre les courants électriques entrant et sortant.
Pour les installations  
électrique trop important qui pourrait provoquer une surchauffe par effet joule. Ceci pourrait provenir
court-circuit accidentel. Les disjoncteurs
6
et fusibles
7
placé
se font, quant à eux, dans des boîtiers ininflammables à cause des surchauffes dues à des faux
contacts
8
éventuels.
6
Les disjoncteurs sont des interrupteurs qui s’ouvrent automatiquement quand le courant de référence est
dépassé. On peut ensuite les refermer manuellement, après avoir remédié à la cause de la panne.
7
Les fusibles sont constitués de fins filaments calibrés fondant par effet joule quand le courant qui les traverse
excède la valeur de référence.
8
Par exemple un contact mal vissé ou oxydé avec le temps.