Chapitre 2 : Intensité et tension électriques - CFA Château

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Electricité
Chapitre 2 : Intensité et tension électriques
Objectifs :
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Insérer un ampèremètre et un voltmètre dans un circuit
Mesurer l’intensité et la tension
Distinguer tension continue et alternative
Déterminer tension maximale et période
Utiliser les relations Umax = Ueff x √2 et T = 1/f
I)
Intensité électrique
a) Définition
On appelle intensité du courant électrique, la quantité de charge électrique qui traverse une
section (comme un fil par exemple) en 1 seconde.
Plus l’intensité du courant est élevée, plus les lampes brillent, car plus il y a d’électrons qui
passent en 1 seconde, (et qui chauffent le filament)
L’intensité ( I ) du courant se mesure en Ampère ( A ) avec un Ampèremètre
1 A correspond à un débit de 6.24 x 1028 électrons par secondes
Soit 62 400 000 000 000 000 000 000 000 000 soit 62 400 milliard de milliard d’électrons
Exemples :
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Fer à repasser : I = 5 A
Radiateur : I = 15 A
Locomotive : I = 500 A
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b) Mesure
Pour mesurer l’intensité du courant traversant un dipôle, il faut placer l’ampèremètre en
série avec le dipôle :
Dans un circuit en série, ou dans une boucle de circuit en dérivation, l’intensité est la même
partout.
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L1
L2
I L1 = I L2
I L1  I L2
c) Loi des nœuds
La loi des nœuds s’applique pour les circuits en dérivation
La somme des intensités qui arrivent a un nœud, est égale à la somme des intensités qui en
ressortent
Ex :
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II)
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Tension électrique
a) Définition
Pour que le courant circule dans la lampe, il
faut qu'il y ait une différence de l'état
électrique entre la borne N et la borne P.
Cette différence s'appelle la différence de potentiel
ou la tension électrique
Pour que l'eau circule dans la rivière, il faut qu'il y ait
une différence de hauteur entre ses extrémités. (c'est
la dénivellation)
La tension électrique est la différence de potentiel électrique entre les 2 bornes d’un dipôle. Pour
que le courant circule, il faut donc qu’il y est une tension électrique.
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b) Mesure
La Tension ( U ) se mesure en Volt ( V ) avec un Voltmètre
Pour mesurer la tension aux bornes d’un dipôle (par exemple une lampe), on place le
voltmètre en dérivation aux bornes de ce dipôle
Loi des tensions :
Dans un circuit en série :
U=U1+U2
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Dans un circuit en dérivation :
U1=U2
Les multiprises sont donc en dérivation !
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III)
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Courant alternatif
1 ) Utilisation d’un oscilloscope
a) l’oscilloscope
L’oscilloscope permet de visualiser l’évolution de la tension au cours du temps
Visuel :
Symbole :
Un oscilloscope se branche en dérivation aux bornes du dipôle dont on veut étudier la tension,
comme un voltmètre
On obtient alors un oscillogramme
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b) Oscillogramme
Les tensions continues sont obtenues aux bornes des piles, ou de générateur continu
Les tensions alternatives sinusoïdales sont obtenues aux bornes des générateurs alternatifs, et sur les
prises EDF
Alternative : car la tension alterne de façon identique, une fois positive, une fois négative
Sinusoïdale : car la courbe ressemble a une sinusoïde
L’oscilloscope peut être régler avec plusieurs échelle
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2) Période et fréquence
On branche un oscilloscope aux bornes d’un générateur de courant alternatif.
Nous allons étudier un oscillogramme qui a comme échelle verticale : 5V/div (5 volts par divisions) et
comme échelle horizontale : 2ms/div (2 millisecondes par divisions) :
On remarque qu’un même motif se répète indéfiniment : La longueur de se motif s’appelle la
période T
Ici la période vaut 2.5 divisions x 2ms/div = 5 ms
Donc T = 5 ms = 0.005 s
On sait donc qu’un motif dure 0.005 s, on peut donc calculer combien de fois on aura ce motif en 1
s:
1s / 0.005s = 200
on a donc 200 fois ce motifs en 1 secondes, c’est ce qu’on appelle la fréquence ( f ) , elle s’exprime
en Hertz ( Hz ) : ici f = 200 Hz
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On en déduit donc la formule :
𝒇 =
𝟏
𝑻
En Europe, et donc en France, les habitations ont une tension alternative de 50 Hz (60 Hz aux USA).
3) Tension maximale
On branche un oscilloscope aux bornes d’un générateur de courant alternatif.
Nous allons étudier un oscillogramme qui a comme échelle verticale : 5V/div (5 volts par divisions) et
comme échelle horizontale : 2ms/div (2 millisecondes par divisions) :
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Umax est la tension maximale qu’atteint l’oscillogramme.
Sur le graphique, c’est la pointe d’une des courbes.
Ici Umax = 3 divisions x 5 V/div = 15 V
De la même manière, il y a une Intensité maximale : Imax
4) Tension efficace
a) Définition
Lorsqu’on applique un courant a une tige de métal, celle-ci chauffe et se dilate (elle s’allonge). Quand
on applique une tension alternative de 325 V, celle ci s’allonge de x cm
Si on applique une tension continue, pour avoir un allongement égal à x cm, il faudrait que la tension
soit de 230 V, cette tension est la tension efficace Ueff.
Une tension continue est donc toujours égale à une tension efficace.
La tension efficace d’une tension alternative est la valeur de la tension continue qui aurait le même
effet thermique.
b) Calcul
Pour calculer cette Ueff, il faut avoir Umax
𝑈𝑚𝑎𝑥
= 2
𝑈𝑒𝑓𝑓
Donc :
𝑈𝑚𝑎𝑥 = 2 × 𝑈𝑒𝑓𝑓
Et
𝑈𝑒𝑓𝑓 =
𝑈𝑚𝑎𝑥
2
Ainsi l’alimentation de nos maisons est de 230 V efficace