PH052

Athénée royal du Condroz Jules Delot
Ciney
Ir Jacques COLLOT

5G3 – Electricité – page 2 de 162
Table des matières
ELECTROSTATIQUE 5
1. Savoirs 5
2. Compétences 5
3. Electrisations 5
3.1 Electrisation par frottement 5
3.2. Electrisation par contact 7
Interprétation des expériences 7
3.3 Conducteur et isolant 9
3.4 Electrisation par influence 12
3.5 Autres expériences d’électrostatique 13
4. Loi de Coulomb 17
4.1 Comparaison des forces électrique et gravitationnelle 20
4.2 Etude de stabilité de la molécule H2 20
4.3 Stabilité d’un noyau d’atome 20
5. Notion de champ électrique 21
5.1 Le champ de pesanteur ou de gravitation : g 21
5.2 Champ électrique : E 22
6. Différence de potentiel électrique 27
6.1 Energie potentielle électrique 27
6.2 Potentiel électrique en un point situé près d’une charge Q 27
6.3 Différence de potentiel entre 2 points 28
6.4 Charge placée entre 2 plaques // chargées de signes contraires 30
6.5 Mouvement d’une charge dans un champ électrique 30
7. Quelques applications des champs électriques 31
8. Exercices d’électrostatique 33
8.1 Exercices qu’il faut savoir faire 33
8.2 Exemples de questions d’évaluation des compétences 36
8.3 Olympiades de physique 38
ELECTROCINETIQUE 40
1. Savoirs 40
2. Compétences 40
3. Notion de courant électrique 40
3.1 Déplacement momentané des charges électriques 40
3.2 Analogie hydraulique 41
3.3 Déplacement permanent d’électrons 41
3.4 Le circuit électrique : générateur, conducteur, récepteur 42
4. Rappels des lois fondamentales d’électricité 46
4.1 Loi d’Ohm 46
4.2 Puissance P 48
4.3 Energie E 48

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5. Loi de Pouillet. Détermination des résistances. 48
6 L’effet Joule – loi de joule 50
6.1 L’effet joule 50
6.2 Conclusion 50
6.3 Cause de l’effet joule 51
6.4 Applications de l’effet joule 51
7 Associations de résistances en série 54
7.1 Définition 54
8 Association de résistances en parallèle 55
8.1 Définition 55
9 Associations de résistance en parallèle et en série. 57
10 Lois de Kirchhoff 59
11. Générateur 62
11.1 Tension électromotrice et résistance interne 62
11.2 Expression de la tension U aux bornes du GN 63
11.3 Loi d’Ohm pour un GN relié à une résistance R 63
11.4 Groupements de GN 64
12. Les récepteurs 65
12.1 Définition 65
12.2 Caractéristiques des récepteurs 65
12.3 Expression de la tension aux bornes du récepteur 66
13 Loi d’Ohm pour un circuit fermé complet 67
14 Installation domestique 69
15. Exercices 72
15.1 Intensité, tension, loi d’Ohm, loi de Joule 72
15.2 Exercices sur les résistances en série et en // 73
15.3 Exercices sur les générateurs 77
15.4 Exercices sur les récepteurs 77
15.5 Exercices supplémentaires 78
15.6 Olympiades de physique 81
ELECTROMAGNETISME 85
1. Savoirs 85
2. Compétences 85
3. Magnétisme 86
3.1 Les aimants 86
3.2 Les phénomènes magnétiques 86
3.3 Champ magnétique B 88
4. Electromagnétisme 92
4.1 Magnétisme produit par le courant rectiligne 92
4.2 Magnétisme produit par un courant circulaire (spire) 93
4.3 Champ magnétique produit par un solénoïde 94
4.4 L’électro-aimant 97
4.5 Interprétation de l’aimantation : modèle d’Ampère 98

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5. La force électromagnétique ou force de Laplace 99
5.1 Expérience 99
5.2 Conclusions 100
5.3 Expression de la force électromagnétique F 100
5.4 Applications 102
5.5 Interactions entre 2 fils parallèles. 107
6. Induction électromagnétique 108
6.1 Production d’un courant à partir d’un aimant 108
6.4 Tension électromotrice due au mouvement 115
6.5 Applications des courants induits 115
6.6 Auto-induction ou self induction 120
7. Les courants alternatifs 123
7.1 Production 123
7.2 Les effets du courant alternatif 127
8. Les transformateurs 130
8.1 Introduction 130
8.2 Description 130
8.3 Expérience 130
8.4 Applications 131
9. Les circuits en courant alternatif 133
9.1 Circuit contenant un résistor R 133
9.2 Circuit contenant une bobine ou un solénoïde d’inductance L 134
9.3 Tension alternative appliquée à un condensateur 137
9.4 Circuit RLC 141
10 Exercices 143
10.1 Magnétisme et électromagnétisme 143
10.2 Force électromagnétique ou force de Laplace 145
10.3 Induction électromagnétique 149
10.4 Olympiades de physique 152
Annexes 154
Géométrie 154
Mathématique 155
Constantes physiques 156
Index 159

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Electrostatique
Cette partie du cours de physique étudie le comportement des charges électriques au repos ainsi que
l’influence de celles-ci les unes sur les autres
1. Savoirs
A la fin de ce chapitre, vous devrez avoir acquit les savoirs suivants
 Electrisation par influence, conductibilité électrique.
 Aspect microscopique de la matière : valeur de la charge élémentaire, principe de conservation de la
charge électrique.
 Cage de Faraday, paratonnerre.
 Loi de Coulomb.
 Champ électrique, spectres, analogie avec le champ de pesanteur.
 Différence de potentiel électrique.
2. Compétences
Vous devrez avoir acquit les compétences suivantes
 Interpréter les phénomènes électrostatiques par les transferts d’électrons.
 Montrer que le corps humain est conducteur d'électricité et que l'humidité accroît cette conductibilité.
 Identifier les dangers de l’électricité statique dans des situations quotidiennes.
 Expliquer et appliquer la loi de Coulomb.
 Représenter la force électrique s’exerçant sur une charge placée en un point où le champ électrique est
connu.
 Relier les propriétés de conductibilité électrique des métaux au comportement des électrons dans la
matière.
 Prévoir le mouvement d’une charge électrique dans un champ électrique.
 Expliquer la stabilité des atomes et des molécules par l'existence de forces électriques.
3. Electrisations
Nous avons tous entendu parler d’électricité statique. Mais quelle est
son origine ? Quelles sont ses propriétés ? Comment peut-on rendre
un corps « électrique » ?
3.1 Electrisation par frottement
3.1.1 Observations
1. Un disque tournant sur un tourne-disque et soumis aux frottements de
l’aiguille du pick-up attire la poussière à sa surface.
2. Retirons un disque de sa pochette, il attire les poussières.
3. Des papiers bien secs peuvent être attirés par une latte de plastique
préalablement frottée avec un tissu. (Figure 13.1)
4. L’enfilement de certains vêtements fait apparaître de l’électricité dite
statique qui se manifeste par le hérissement des poils et des cheveux.
(Figure 13.2)
5. Des cheveux secs se dressent lors du passage d’un peigne.
Figure 13.2
Figure 13.1