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Introduction aux circuits électriques Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Introduction Dans le modèle atomique de Bohr, des électrons tournent autour d'un noyau composé de neutrons et protons Ayant des charges opposées, les électrons et les protons s'attirent, assurant la cohésion des atomes (comment les protons restent-ils ensemble, malgré le même type de charge? Ceci n'est pas un cours de physique...) Il faut de l'énergie pour maintenir éloignées des particules avec des charges opposées: c'est de l'énergie potentielle Un type courant d'énergie potentielle est l'énergie gravitationnelle: en soulevant un objet, il acquiert de l'énergie potentielle, convertie en énergie cinétique lorsqu'il tombe. L'énergie potentielle est proportionnelle à la masse et à la hauteur de l'objet Page 2 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Voltage En électricité, la quantité analogue à la hauteur en gravitation est le voltage: augmenter le voltage d'une charge électrique amène une hausse dans son énergie potentielle L'énergie potentielle est toujours relative à un point de référence En mesurant le voltage, c'est toujours par rapport à un point de référence appelé la terre (ground). Il n'existe donc pas un voltage 0 absolu Page 3 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Courant électrique Le courant électrique est une mesure de la quantité de charge qui circule sur une ligne d'un circuit Unités de mesure: • charge: colomb • voltage: volt • courant: ampère (colomb/seconde) Le courant est donc le résultat d'un déplacement d'électrons. Mais, par convention, le sens du courant est celui que prendraient des charges positives Page 4 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Circuit électrique Lois de Kirchhoff: • loi des voltages: la somme des voltages autour d'une boucle est 0 • loi des courants: la somme des courants en tout point d'un circuit est 0 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Page 5 Loi d'Ohm et résistance Le courant circulant entre deux points est fonction, bien entendu, du voltage entre les deux points, mais également de la résistance électrique entre les deux points, mesurée en ohms Loi d'Ohm: • V = R x I Résistances en série: • Rtotale = R1 + R2 + ... + Rn Page 6 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Résistances en parallèle: • 1/Rtotale = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn On peut voir des résistances en série comme des diviseurs de voltage et des résistances en parallèle comme des diviseurs de courant Page 7 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Puissance Chaque fois qu'un courant électrique circule à travers une différence de voltage, il y a une production de chaleur On appelle dissipation de puissance, P, le taux de conversion de l'énergie électrique en chaleur P = I2 x R = V2/R L'unité de mesure de la puissance est le watt Page 8 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Sources de voltage Une source de voltage idéale crée une différence de voltage entre ses terminaux qui est indépendante du courant circulant entre ces mêmes terminaux En fait, lorsqu'on tire du courant d'une batterie, son voltage diminue Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Page 9 Capacitance électrique Un condensateur est un dispositif capable de stocker de la charge électrique Le condensateur le plus simple est fait avec deux plaques métalliques mises en parallèle. Si des électrons sont enlevés d'une plaque et mises dans l'autre, un voltage est créé entre les deux plaques La capacitance du condensateur, mesurée en farads, est le rapport entre la charge et le voltage: • C = Q / V Page 10 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Si un courant constant circule à travers une résistance, une différence de voltage constante est créée à travers la résistance Si un courant constant circule à travers un condensateur, une différence de voltage croissante est créée à travers le condensateur: la charge s'accumule de façon croissante dans les plaques dV/dt = I/C Un changement de voltage instantané est impossible à travers un condensateur: cela demanderait un courant infini Des capacitances empêchent donc des changements rapides de voltage Page 11 Eduardo Sanchez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
