Cours n°9 Circuit électrique dans l`ARQS

Cours n°9
Circuit électrique dans l’ARQS
Le monde moderne ne serait pas aussi confortable sans l’utilisation du courant électrique ; pensons à tous les
appareils que l’on branche à la maison, machine à laver, réfrigérateur, téléphones et ordinateurs. L’étude de la
conversion électromécanique, « électro-Hertzienne » ou du traitement de l’information commence par celle de la
notion de potentiel électrique, (la différence de potentiel étant la tension, dont vous attendez sans doute qu’on
vous l’explique enfin). On va ici tenter de comprendre comment l’énergie peut être véhiculée par des électrons.
On va voir comment se protéger d’une électrocution. On va comprendre que la valeur 1 d’un bit est l’état passant
d’un transistor ; vous lirez pour cela le document DEL et phototransistor, où le principe du transistor et du
phototransistor sont expliqués ainsi qu’un exemple simple de circuit avec capteur.
Dans un modèle microscopique unidimensionnel d’électrolyte,
on décrit la nature du courant qui est la réponse à un champ électrique
ou à une variation du potentiel.
On aboutit à la loi d’Ohm locale et à la loi d’Ohm macroscopique.
Les lois de nœuds et de maille nécessaires pour résoudre les courants
de branche dans les circuits, sont discutées dans des cas simples.
On donne ensuite la notion de caractéristique d’un dipôle i fonction de u associée à une convention récepteur ou
générateur. On compare aussi les sources de courant et de tension idéales et réelles. Enfin on établit le lien
entre la puissance électrique reçue par les dipôles et la puissance mécanique reçu par les porteurs de charges
I)
Charge, intensité
1) Charge
-
F12 
Force d’interaction de Coulomb entre deux charges
q1q2 u12
  F21
4 0 r ²
1
4 0
 9 109
obéit au principe d’action réaction
Si les deux charges ont même signe, on a une force répulsive. Si elles ont des signes opposés c’est
une force attractive.
Expérience historique : Balance de torsion de Coulomb qui prouve l’interaction en 1/r² 1785
- 1881 Thomson découvre l’électron et donne la mesure de e/m
- 1834 Faraday : lois de l’électrolyse
La quantité de substance libérée lors d’une électrolyse à une électrode est proportionnelle au temps et au
courant électrique (ce qui équivaut à la charge)…
- 1908 Millikan quantification de la charge qui est un multiple entier de la charge de l’électron
q(électron) = -1.6 10-19 Coulomb
- 1909 expérience de Rutherford
atome
noyau : Z protons , A-Z neutrons , Z électrons
La charge est conservative : la charge d’un système isolé ne varie pas dans le temps.
Par exemple, la création d’une paire électron positron ne fait pas varier la charge globale
La charge est une grandeur additive ; si deux sphères porteuses respectivement des charges q 1 et q2
sont mises en contact la charge globale est q 1+q2
2) Intensité
Conducteurs
- Métaux et alliages métalliques avec électrons libres ou électrons de conduction
- Electrolytes avec cations et anions
- Semi-conducteurs ; électrons promus thermiquement dans la bande de conduction et trous laissés par le
départ des électrons dans la bande de valence
Un courant électrique est un déplacement de charges.
Définition de l’intensité qui caractérise un courant électrique
Pour définir l’intensité, on a besoin d’une section d’aire S orientée par sa normale ici de gauche à droite.
N
I
Si une charge dq passe pendant le temps dt par la section d’aire S orientée dans la direction N , on veut dire que la
charge traverse la section dans le sens de N entre les dates t et t+dt, alors le courant mesuré dans le sens de N
est I 
dq
dt
Si une charge dq’ passe par la section dans le sens – N pendant dt alors le courant I mesuré dans le sens de N est
I 
dq '
dt
Si pendant dt une charge dq passe de gauche à droite et que pendant le même temps une charge dq’ passe de droite
à gauche alors le courant mesuré dans le sens de N est I 
L’unité du courant est l’Ampère 1A  1C / s
dq  dq '
dt
3) Intensité dans un électrolyte, Loi d’Ohm locale et loi d’Ohm macroscopique
Cette démonstration sera reprise dans le cours de deuxième année,
Raisonnons sur une ampoule cylindrique d’électrolyte polarisé par un champ électrique uniforme E
Les cations ont pour charge q+= + z+ e, ils sont en nombre n+ par unité de volume
Les anions ont pour charge q-= - z- e, ils sont en nombre n- par unité de volume
L’électro-neutralité de l’électrolyte impose la contrainte n +q++n-q-=0 entre les paramètres n+,q+,n- et qA
F  q E
E
F  q E
B
N
S
I
Pile de
f.e .m e
UAB = e=VA-VB
I=I++I- avec
I+ la contribution des cations au courant mesurée dans le sens de N de la gauche vers la droite,
et I- est la contribution au courant des anions mesurée dans le sens de N de la gauche vers la droite toujours.
Ecrivons la Relation Fondamentale de la dynamique pour un cation :
m
dv
 q E   v en régime permanent 0  q E   v
dt
v 
q E

+ prononcer èta + est le coefficient de viscosité associé au déplacement des cations dans le fluide .
Une force de frottement s’oppose au mouvement d’où le -.
Les cations qui passent à travers la section de surface S entre t et t+ dt sont contenus dans un cylindre de longueur
v+dt et de base S soit un volume dV+= v+dt, ils sont au nombre de n+ dV+ et la charge dq+ due aux cations qui passent
à travers la section est dq+= q+n+ dV+= q+n+ S dt v+
N
I
v+dt
dq  q n Sdt
q E


q ² n dt

S E
L’intensité du courant de cation I+ est alors I  
dq q ² n

S E
dt

On définit alors la densité volumique de courant associée aux cations j+ telle que I+=S j+
j 
q ² n

E
j+ est proportionnelle au champ électrique, la constante de proportionnalité est notée + et est appelée conductivité
associée aux cations
 
q ² n

pour que j    E
Intéressons nous maintenant aux anions :
en régime permanent 0  q E   v
v 
q E

la vitesse est dans le sens droite vers gauche car q - <0
Les anions qui passent à travers S entre t et t+dt passent de droite à gauche et sont contenus dans le cylindre de
volume dV- = S v-dt qui contient la charge dq- = dq’ = n- q- S v-dt < 0
N
I
v-dt
Comme ces charges passent de droite à gauche la contribution au courant mesuré de gauche à droite est
I-=-dq’/dt= -n- q- S v-dt = n- q- S v- puisque v-<0
I  
dq
q ²n
 q n S v    S E  0
dt

I  I  I 
q ² n

S E
q ² n

S E
 q ²n
q ²n 
j        E
 
 

q ² n


q ² n

Les cations et les anions qui portent des charges de signe opposés mais se déplacent dans des sens différents
contribuent tous deux à un courant dans le même sens.
j =  E est la loi d‘ohm locale, elle est vraie en un point du milieu et établit une relation entre variables dites
intensives ( c’est à dire ne dépendant pas de la quantité de matière considérée)
3) Ordres de grandeur des intensités
1fA : ordre de grandeur du courant minimal mesurable par un électromètre de laboratoire.
100 pA : ordre de grandeur du courant minimal mesurable par un multimètre commercial.
2 µA : montre à cristaux liquides2.
influx nerveux 20 A
1 mA : prothèse auditive intra-auriculaire3.
Courant létal 20mA
0.5A : ampoule 100W de l’ordre de 100/220=0.5A
5A : radiateur 1000W
5A
16 A : courant maximal dans une prise électrique standard d'Europe continentale.
20A : plaque cuisson
500 A : courant maximal typique d'une batterie automobile au plomb.
630A : le record a été établi en 2007 avec un TGV de puissance de traction de 19,5MW donc un peut plus en
puissance absorbé (électrique) pour une tension de catétaire de 31kV pour limité le courant dans la catétaire au
alentour de 630A qui aurai été plus élevé avec une tension catétaire de 25kV qui est la tension "normales"
871 A : courant maximal d'un câble haute tension A enterré (section de conducteur 10 cm2).
50kA : éclair
fin du cours mardi 4 novembre
II)
Différence de potentiel, tension, loi d’ohm macroscopique
A
B
F  q E
E
F  q E
N
I
S
Pile de
f.e .m e
UAB = e=VA-VB
On oriente un axe x dans le sens de la normale N de la gauche vers la droite
On a par définition du potentiel
V(x)
la relation E  
dV
ux qui définit le potentiel à partir du champ
dx
électrique.
Comme E est ici uniforme V(x)= - E x+cst
La différence de potentiel ou tension UAB=VA-VB = V(x=0)-V(x=L) =[(0+cst)-(-EL+cst)] = E L
U AB
qui peut se réécrire
L
L
U AB =
I
 S
Ainsi I =S j = S E =S
I= S
U AB

L
on retrouve la loi d'Ohm macroscopique U = R I avec R=
L L

 S S
 résistivité =
1

R est la résistance du cylindre de section S de longueur L constitué d'un matériau de résistivité 
Remarque : on a
E
dV
ux comme F+=q+E on a aussi
dx
F+=-[d(q+V) /dx] ux
Comme on sait que F+=-[d(EP+) /dx] ux on trouve par identification que EP+ énergie potentielle de la charge q+ dans
le champ électrique extérieur E est Ep+=q+V
De la même façon l’énergie potentielle de la charge q - dans le champ extérieur E est Ep-=q-V
Dans le raisonnement des paragraphes I et II on est passé d’une description mécanique microscopique avec une
force électrostatique à une description électrique macroscopique : c’est enthousiasmant !
Ordre de grandeur des différences de potentiel
20mV : Effet d’antenne
70mV : Influx nerveux
1.5V : Pile AAA
19V : batterie de portable ( continu)
220 V :
EDF
500V : Anguille
750 V
:
Métro
1kV : Cloture électrique, défibrilateur
25kV : Train
50kV : Taser
50kV à 1200kV : Transport électricité, HT 1000V à 50kV, THT >50kV jusqu’à 1200kV (distance de sécurité >3m)
50MV : Eclair
Le champ disruptif de l'air sec est évalué à 3600 kV/m soit 3600V/cm, une étincelle aux bornes d’un interrupteur se
produit si la tension est de l’ordre de qqs kV
La démarche des deux paragraphes précédents où on a introduit la densité volumique de courant et son lien avec
le courant ainsi que le champ électrique et son lien avec le potentiel sera reprise en seconde année et on peut en
première année se contenter de l’analogie qui va suivre.
III)
Analogie hydraulique
courant débit volumique
potentiel altitude
pile pompe
résistance du tuyau (plus le tuyau est fin ou long plus il résiste au passage du courant) R =  L / S
 dépend de la nature du fluide, le pétrole est plus visqueux que l’eau
Loi des nœuds : partage de débit
Loi des nœuds équivalente à la conservation de la charge
I1
N2
I1=dq1/dt référé à N1
n1
n2
I2=dq2/dt référé à N2
I3=dq3/dt référé à N3
N1
n3
dq1 est la charge qui rentre dans la sphère en I1 pendant dt
N3
dq2 est la charge qui sort de la sphère en I2 pendant dt
dq3 est la charge qui sort de la sphère en I3 pendant dt
la somme des charges sortantes référées à n1 n2 et n3 dans la surface de contrôle pendant dt est -dq1+dq2+dq3 et se
doit d’être nulle
en divisant par dt
-I1 + I2 + I3 = 0 qui est la loi des nœuds
IV) Circuits, dipôle, composants actifs et passifs, convention générateur et
récepteur.
I
R
1) Associations séries ou parallèles conductance
Conducteur ohmique repéré en Convention récepteur U=RI
U
Conducteur ohmique repéré en Convention générateur U=-RI
I
R
Association série
I = I 1 = I2
U = U1 + U2 U/I=Req = R1 + R2 =U1/I+U2 /I
U
Association//
U = U1 = U2 I = I1 + I2  I/U= 1/Req=1/R1+1/R2=I1/U+I2/U
Si on définit la conductance G=1/R en association // Geq=G1+G2
2) Diviseurs de tension ou de courant
Définition : source idéale de tension délivre une tension constante e quelle que soit la charge donc quel
que soit l’intensité i délivrée. Symbole rond avec barre dans le sens du fil, repérage en convention
générateur ici.
Diviseur de tension avec cette source idéale et deux résistances
I
R2
e
R1
UD
I
U D = R1 I = R1 e / ( R 1 + R2 )
R2
e
R1
U
RC
Quand on utilise le diviseur de courant la tension varie : UD = Req I = Req e / ( Req + R2 )
Req = R1RC / (R1+RC)
Sauf Si Rc >> R1 car alors
Req = R1RC / [RC (R1/ RC +1)]
tend
vers R1
Définition : source idéale de courant (délivre un courant constant quelque soit la charge donc quelle que
soit la tension à ses bornes)
Diviseur de courant avec une telle source et deux résistances
Travail à faire pour vendredi comment varie le courant quand on utilise le pont diviseur de courant
η
η
I1
R1
I1 
U
I2
R2
G1
R2


G1  G2
R1  R2
η
η
I1
R1
U
I2
R2
RC
G1GC
Geq
G1  GC
I1 

 =  R2 / ( R1 + RC+R2)
G1GC
Geq  G2
 G2
G1  GC
On aura un courant qui ne dépend pas de la charge dans le pont si la résistance de charge R C est petite
devant les résistances du pont
Circuit ; loi des mailles et loi des nœuds les concours devraient se limiter à des circuits à deux mailes
4)
I2
N2
R2
N1
I4
I1
M2
I3
I6
R3
R4
e1
M1
R6
M3
e3
N4
R5
N3
I5
Au nœud N1 i1 = i2 + i3 (1)
i2 = i1 - i3
Au nœud N2 i2 = i4 + i6 (2)
i1-i3=i4+i6
Au nœud N3 i3 + i4 + i5 =0 (3)
i1 – i4 - i6+ i4 + i5 =0
i3 = i1 – i4 - i6
Au nœud N4 i6 = i1 + i5 (4)
Dans la colonne de droite on voit que les 4 équations de nœud ne sont pas indépendantes puisque l’on
peut produire la dernière avec les trois premières
On retiendra que quand on a N nœuds il y a N-1 équations de nœud indépendantes soit ici 3
Remarque ceci est particulièrement trivial si le circuit ne comporte que deux nœuds.
Pour trouver les 6 inconnues que sont les six courants de branche, il manque 3 équations de maille
UAB
B
A
UDA
UBC
UAB + UDA + UCD + UBC = 0
VB - VA + VA - VD +VD-VC +VC-VB = 0
D
C
UCD
Elles doivent être choisies de façon à utiliser toutes les branches.
M1
e1-R3i3 + e3 + R5i5 = 0
M2
– R2 i2 - R4 i4 – e3 + R3 i3 = 0
M3
– R5 i5 + R4 i4 - R6 i6 = 0
On a ainsi un système complet.
Dans le cours de première année on se limitera aux montages ne contenant que deux mailles.
fin du cours jeudi 6 novembre
Un mot sur les questions du DS2
4) Caractéristique : effet courant, en fonction de la cause ddp
source de courant idéale, source de tension idéale,
i
i

e
u
u
i
i=
e
u
u
Source de tension idéale
Source de courant idéale
Source idéale de tension : La valeur de la tension ne dépend pas du courant ou de la charge
Source idéale de courant : La valeur du courant ne dépend pas de la tension ou de la charge
Source réelle Représentation de Thevenin d’un dipôle linéaire.
i
i
Rint
e/Rint
e
U = e - Rint i
u
e
Tension de coupe circuit ou
tension à vide
Courant de court circuit
I=0
i
Rint
Rint
e
U = e - Rint 0= e
e
U = e - Rint i=0
exercice :
i

rint
e
U
U = e - Rint i
Rint
La deuxième représentation s’appelle représentation de Norton, la notion et la dénomination ne sont
exigibles, il s’agit d’un exercice
Les deux circuits sont équivalents si quand on les charge on obtient le même courant :
i

rint
e
U
U = e - Rint i
Rint
RC
RC
ic =  [Rint / (Rint +RC)] (application diviseur de courant)
i =iC = e / ( rint + RC)
en identifiant e = Rint
Rint = rint
Remarque :
On voit bien le caractère idéal des sources de tension idéale et des sources de courant idéales quand on
essaye de mettre en parallèle deux sources de tension idéale ou en série deux sources de courant
idéales ; quelle tension choisir quel courant choisir respectivement ?
Si on passe à une représentation de source réelle le paradoxe disparait. Faites le calcul.
D1//D2
i
D1
Exercice : Association de deux composants passifs en série ou en //
D2
u
i
D1
D1 en série avec D2
D2
u
Point de fonctionnement : pile qui charge une diode, automatiquement le générateur est repéré en
convention générateur et le récepteur en convention récepteur.
i
i
u
i
u
I
u
U
V) R, L, C, puissance reçue, puissance fournie, énergie stockée
Travail infinitésimal reçu par une particule qui effectue un déplacement élémentaire dr de la part de
la force F qui s’applique à la particule W = F.dr
Considérons un cation de l’électrolyte et la force électrostatique due à la pile qui polarise l’électrolyte
W +=F+.dr+=q+E v+dt= q+(U/L) v+dt
Considérons maintenant le travail apporté pendant le temps dt à l’ensemble des cations de l’électrolyte par
le champ E
W +el = n+LS q+(U/L) v +dt = U S q+n+v+dt = U S j+ dt = U I+ dt
Pour le travail fourni par la pile et reçu par l’ensemble de l’électrolyte pendant dt on a :
W +el = U I dt
La puissance fournie par la pile et reçue par l’électrolyte est ainsi p=UI=RI²=U²/R
On remarque sur le schéma que la pile est repérée en convention générateur et l’électrolyte en convention
récepteur
Puissance reçue par condensateur
Un condensateur est un dipôle qui permet d’accumuler des charges sur deux plaques en regard ; ces
plaques sont symbolisées sur le schéma du condensateur.
Une loi d’électrostatique que nous ne démontrons pas ici permet d’établir que la charge portée est en
relation linéaire avec la ddp aux bornes du condensateur q =Cu.
La constante de proportionnalité portant le nom de capacité.
Les deux lois de fonctionnement du condensateur doivent être systématiquement associées aux
conventions d’orientation ci-dessous :
q
Cohérent avec q = Cu
u
On l’apprend par cœur mais si on ne s’en souvient pas on peut imagier une décharge dans une résistance pour confirme le signe +
q
i
Cohérent avec i = dq/dt
Signe + car Si i> 0 q augmente
q
i
P = u i = (q/C)(dq/dt) = ½ d(q²/C)/dt
Energie reçue par condensateur de t=0 ou q= 0 à t=
q²
d
 q dq
 1
2 dt 
E
dt 
0 C dt
0 C dt
où q = Q
u


0
d
q²
Q²
CU ²

0 
puisque Q=CU
2C
2C
U
Fin du cours Vendredi 7 Novembre
Retour sur ce qui a été déjà dit la semaine dernière
Un mot sur les 2 DMs d’optique
Puissance reçue par une bobine
Une bobine est un enroulement de fil conducteur sur un cylindre généralement de matériau ferromagnétique ; la loi
d’induction de Faraday qui sera étudiée en fin d’année permet d’établir la loi de fonctionnement du dipôle qu’on ne
détachera pas de la convention d’orientation
i
u
Cohérent avec u = Ldi/dt
p = u i = L di/dt i= ½ L di²/dt
Energie reçue par la bobine de t=0 ou i = 0 à t =
Li ²
d


di
2 dt 
E   iL dt  
0
0
dt
dt


0
d
Li ²
LI ²

0
2
2
où i = I
VI) Exemples de valeurs de R, L et C
Résistance des conducteurs ohmiques
R contact 0.5 Ohm va augmenter si le cuivre s’oxyde
R corps humain 1kOhms
Radiateur électrique 1000W 220V R=40 ohms
Impedance de sortie d’un microphone 200 Ohms
Entrée micro d’un ampli 2 kilo ohms
Impedance d’entrée d’un casque 32 Ohms
Impedance d’entrée d’un oscilloscope 1Mega ohm en // avec un pico Farahd
Impedance de sortie d’un GBF 50 Ohms
Résistance de terre
3 A : 17 Ohms
1 A : 50 Ohms
0,1 (100 mA) : 500 Ohms
0,5 (500 mA) : 100 Ohms
0,03 (30 mA) : > 500 Ohms
Composants normalisés
Série E24 Electronique grand public
Série E48 Prototypage ±2 %
Série E96 Filtres BF et précision±1 %
Série E192 Instrumentation ±0,5 %
La progression des valeurs dans une série est géométrique.
La valeur de rang m de la série En est obtenue en calculant :
0,3 (300 mA) : 167 Ohms
Les informations qui suivent proviennent en partie du site suivant http://f5zv.pagesperso-orange.fr/
Capacité des condensateurs
Capacités pour les oscillateurs  = 1/(LC)
Electrochimique à partir de 1F jusqu’à 200F
Capacités parasites pF
Capacités réparties sur une ligne 5 10-11 F/m
3 10-7H/m)
(inductances réparties
Calculer la capacité et la charge d’un supercondensateur de 10kg compte tenu de la tension de charge 2.7
V avec les solvants organiques actuels
Pile à
Condensateur
Batterie Supercondensateur
combustible
électrolytique
Densité de puissance (W/kg)
Densité d'énergie (Wh/kg)
120
150
150 - 1500 50 -1500
1 000 - 5 000
100 000
4-6
0,1
½ C U² = 4.25 C = 5 * 3600* 10 ( par 10kg une boite de supercondensateur)
C = 36 000 F !!!
Inductance ou auto-inductance ou self des Bobines :
- millihenrys (mH). (téléphonie, filtrage, basses fréquences...)
- microhenry (µH).. (Hautes-fréquences, bandes décamétriques...)
- nanohenry (nH).. (Trés hautes fréquences, lignes...)
Les selfs BF
On rencontre principalement :
- la self de filtrage utilisée principalement sur les alimentations HT
et dont le noyau magnétique est en tôles magnétiques.
Sur la photo ci-jointe est représentée une self de 50 mH avec entrefer
(réalisée par le rectangle de papier orangé)
- la self BF sur tore ou en pot ferrite (filtres BF pour la téléphonie, alim à
découpage...)
Les bobines d'arrêt
La bobine d'arrêt est utilisée dans un circuit HF (ou BF) pour affaiblir le plus fortement possible les signaux à haute
fréquence tout en laissant passer les signaux à fréquence plus basse et le courant continu.
Le terme de "self de choc" est couramment utilisé comme synonyme de bobine d'arrêt. Il vient d'une traduction
approximative du terme anglais "choke coil", to choke signifiant "étouffer". Remarque : choke désigne aussi le
dispositif de "starter" d'un moteur thermique.
Les anglo-saxons utilisent l'abréviation RFC (Radio Frequency Choke)
à 5 MHz, les réactances des selfs et condensateurs sont :
- self de choc de 2mH : XL = 62832 ohms
- capa de 100pF : XC = 318 ohms
Alors qu'à 1000 Hz :
- self de choc de 2mH : XL = 13 ohms
- capa de 100pF : XC = 1591549 ohms
Sur la photo ci-contre est représenté un échantillon des bobines d'arrêt
utilisées de 1 à 200 MHz
A : HF de type R100 - 2,5mH - 50 ohms - intensité maxi 125 mA.
B : HF bobinée en l'air
C : VHF de type VH200
D : VHF, 2 tours de fil émaillé sur noyau.
Sur UHF les bobines d'arrêt sont constituées de quelques tours bobinés en l'air.
En plus des filtres passe bas ou haut on trouve des bobines dans les circuits oscillants filtres passe bande
=1/(LC)
On en trouve évidemment aussi dans les transformateurs
A titre d’exemple on trouve 1H pour une bobine de taille 10cm avec fer, 0.1 H sans fer
Inductance des bobines supra de ITER ou du LHC du CERN dans les quelles on peut mettre de grands courants pôur
créer de grands champs
Energie stockée dans un bobinage supra
Exemple des grands aimants des détecteurs du futur LHC au CERN: E=1/2 Li²
inductance du bobinage. ATLAS
bobine toroïdale L = 5henry !!! et I = 20000 A => E=1GJ
CMS solénoïde L = 6,55 henry !!! et I = 20000 A => E = 2,67 GJ
Expérience amusante Asservissement :
http://www.semageek.com/inductance-une-experience-avec-un-electro-aimant-geant-et-des-balles-magnetiques/
valeurs standards : R=1kOhms C=100nF L =50mH
VI) La charge de l’électron a été choisie négative
Le mot électron vient du grec elektron ambre jaune - résine fossile provenant de conifères connu pour sa
production d'électricité statique lorsqu'on le frotte.
e- = 1,602 177 '33' 10-19 coulombs
incertitude '49'
La charge de l’électron a été décidée négative historiquement parceque les électrons étaient déviés vers la
cathode à laquelle on associait une valeur positive et donc des charges positives
Une autre convention est la suivante : le sens du courant a été décidé comme celui des cations et non celui
des anions ou des électrons.
La valeur de -1.6 10-19C vient de ce que la charge de l’électron n’a pas été choisie comme unité
fondamentale on a choisi l’ampère dont la définition dépend du newton.
« un ampère est l'intensité d'un courant constant qui, s'il est maintenu dans deux conducteurs linéaires et
parallèles, de longueurs infinies, de sections négligeables, et distants d'un mètre dans le vide, produit entre
ces deux conducteurs, une force linéaire égale à 2×10-7 newton par mètre. »
VII) EDF, phase, neutre, terre, masse
La terre EDF la terre installation, protection des hommes et des installations.
Transfo EDF pour
pâté de maisons

Disjoncteur
d’intensité

Disjoncteur
différentiel
220V
neutre
neutre
Terre EDF
Terre maison
Boîtier métallique du
lave linge
Moteur électrique
d’un lave-linge
Si la phase du moteur venait à court-circuiter le châssis métallique de la machine à laver : le courant au lieu de
revenir par le neutre reviendrait par la terre et le disjoncteur différentiel couperait le courant.
Le courant parcourrait le sol entre la terre maison et la terre EDF
- seuil de sensation : 0.2 - 0.4 mA
- seuil de lâcher prise : 10 - 15 mA (ou de rester pris = tétanisation)
- seuil d'asphyxie :15 - 25 mA (spasme du diaphragme)
- seuil de fibrillation : 65 - 100 mA
En fait la terre de potentiel conventionnel 0 doit être considéré comme un énorme réservoir de charges.
VIII) ARQS
Longueur du circuit l <<λ=c /ν
Vision alternative : Temps de propagation l/c<<T
Application EDF 50Hz des centaines de kilomètres le courant n’est pas le même tout le long de la ligne
manip de TP 20kHz quelques mètres de fils , pas de problème ; la loi des nœuds reste valable.
Remarque : les notions de Résistance de sortie et d’entrée qui pourraient être étudiées dès maintenant seront
présentées plus tard dans le cours
Fin du cours mercredi 12 Novembre
Préparer les deux premiers exercices du TD pour vendredi
Comment réaliser une source de courant puisqu’on a évoqué son existence :
Idée simple :
E
R
RC
Le courant dans RC = E / (R+RC) dépend peu de RC si RC<<R
Réalisation d’une source de courant avec un transistor bipolaire
En fait en électronique, on utilise des transistors ou des régulateurs intégrés de tension courant, ces composants
sont hors programme mais pour votre culture voici un schéma de source de courant à transistor que vous ne
chercherez pas à étudier
On avait présenté dans la leçon précédente un montage avec DEL et phototransistor
Le transistor simple peut aussi servir à réaliser une source de courant
Le générateur de courant constant dont le schéma suit permet de fournir un courant de quelques mA dans une
charge dont une borne est relié côté positif de l'alimentation.
La valeur du courant circulant dans la charge (charge représentée ici par la résistance RC) est définie par la valeur de
la tension de zener de D1, et de la valeur de la résistance Rx. La tension aux bornes de la diode zener est
relativement constante, tant que le courant qui y circule ne varie pas trop. Et il en est de même pour la tension de la
jonction Base-Emetteur du transistor Q1. On peut donc en déduire que la tension aux bornes de la résistances Rx est
tout autant constante. Et comme la résistance Rx est une résistance dont la valeur ohmique ne varie pas trop en
temps normal, nous pouvons constater un courant relativement constant dans cette dernière. Si le transistor Q1
présente un gain assez important (disons supérieur à 100), on peut négliger la valeur du courant de base par rapport
au courant circulant dans la jonction émetteur. En admettant cela, le courant collecteur est sensiblement égal au
courant émetteur. Et comme le courant collecteur est celui circulant dans la charge, on en conclue que le courant
dans la charge ne dépend pas de la charge, dans certaines limites d'utilisation faut-il tout de même préciser. Dans
l'exemple précédent, le courant dans la charge, nommé Irc, est défini par la formule suivante :
Irc = (Vz - 0,7V) / Rx
Irc = (5,1 - 0,7) / 1000
Irc = 4,4 mA