notions de base de l`electricite

LECON 1 : NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE
CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 1
NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE
1 - Les grandeurs électriques
1.1 - Le courant électrique
1.1.1 - Généralité
 Un corps est formé de molécules, toutes identiques. Les molécules étant elles-mêmes constitués
par un ou plusieurs atomes suivant le corps considéré,
 Au centre de l'atome est situé un noyau duquel gravitent des électrons,
 Toute la masse de l'atome est concentrée dans le noyau, ce dernier est constitué de particules
neutres neutrons et particules positives appelées protons,
 L'électron a une masse négligeable devant celle du noyau,
 La charge d'un électron est négative est égale à : e = -1,6 10-19 C
 La charge d'un proton est +e donc égale, en valeur absolue, à celle de l'électron,
 Le nombre d'électrons d'un atome est égal au nombre de protons,
 Un atome, dans son état normal, est électriquement neutre,
1.1.2 - Quantité d'électricité
Puisque le courant électrique est le déplacement d'électrons (porteur de charges négatives),
on peut admettre qu'à travers une section droite d'un conducteur, traversé par le courant pendant un
temps t1, N1 électrons qui transportent une quantité d'électricité ou de charges : e N q 11 =
1.1.3 - Intensité du courant électrique
L'intensité du courant électrique est le débit de charge dans ce fil conducteur,
(A) Ampéreen I
(s) seconden t
(C) coulomben q
dt
dq
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=i
Remarque :
 Si t en (s) alors q en coulomb (C)
 Si t en (h) alors q en Ampère heure (Ah)
1.2 - La différence de potentiel
Tout dipôle électrique de bornes A et B placé dans circuit électrique présente entre ses
bornes une différence de potentiel,
(V) Volt Uen
(C) coulomb en q
(J) joules en W
q
W
UAB
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
B
A
Remarque :
Cette expression est valable pour un dipôle générateur ou dipôle récepteur.
I
R
U
A
B
+
I
-

LECON 1 : NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE
CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 2
1.3 - Energie électrique
 On dit qu'un corps possède de l'énergie quand il est capable de fournir un travail,
 Dans un récepteur électrique traversé par un courant I, les électrons se déplacent d'une borne à
l'autre par des forces de coulomb : E e - F
r
r
×=
I I
A B
 L'énergie électrique mise en jeu dans ce récepteur est le travail des forces de coulomb,
 Le travail effectué par ces forces est :
ABBA Uq )V - (V q WAB
×
=
=
 Cette expression est elle-même celle de l'énergie électrique,
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=⇒
=
×=
J en W
s en t
A en I
V en U
q
W
U
t . I q
Uq W
AB
AB
ABAB
1.4 - La puissance électrique
 la puissance électrique P mise en jeu dans un dipôle est le rapport de l'énergie électrique W par le
temps de fonctionnement t :
(W) whatten P
(s) seconde en t
(J) joules en W
t
W
P AB
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
 L'expression de P peut aussi s'écrire :
.IU
t.I.tU t
W
P AB
ABAB ===
 Si P est exprimée en watt et t en heure, WAB est exprimée en Wattheure (Wh),
1 Wh = 3600 J
2 - Les dipôles
2.1 - Le dipôle récepteur passif
Un dipôle récepteur passif est un récepteur qui transforme la totalité de l'énergie absorbée
en énergie thermique (calorifique). Exemple : réchaud électrique, fer à repasser
2.1.1 - La résistance
 Tout récepteur passif présentant une bonne conductance de courant
a une faible résistance et vice-versa,
 La résistance R est l'inverse de la conductance : G
1
=R
2.1.2 - la loi d'ohm
 La loi d'ohm s'écrit : R
U
I R.I U =⇒=
-
+
FF
FE
e
R
I
R
I
U

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CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 3
2.1.3 - La loi de joule
 L'énergie dissipée pendant un temps t est :
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧Ω
==
J en W
s en t
A en I
en R
.tR.I U.I.t W 2
 Pour trouver la puissance dissipée par effet Joule il suffit de diviser l'énergie par le temps :
2
2R.I
t.tR.I t
W
P ===
2.1.4 - La résistivité
On peut calculer la résistance d'un fil conducteur en fonction de ses caractéristiques
(longueur, section et nature) :
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
Ωρ
Ω
=ρ⇒ρ=
m en
m en L
m en S
en R
L
R.S
S
L
R 2
2.1.5 - Association des récepteurs
2.1.5.1 - Association des résistances
Association en parallèle
I I1I2I3
R1R2R3
UAB
A
B
≡
I
Req
UAB
A
B
n321eq
eq
321
AB
3
AB
2
AB
1
AB
321 R
1
.........
R
1
R
1
R
1
R
1
R I. )
R
1
R
1
R
1
( I U
R
U
R
U
R
U
I I I I :effet n ++++=⇒=++=⇒===++=E
Association en série
I
U1
A
B
≡
U2U3
R1R2R3
UAB
I
UAB
A
Req B
n321eqeq321321321AB ......... R R R R R I. )R R I.(R .IR .IR .IR U U U U:effet REn ++++=⇒=++=++=++=

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CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 4
Pont diviseur de courant
I
R
R
I
I
R
R
I
.IR R
.IR R
.IR U
.IR U
.IR U
: écrire peut on ohm,d' loi la aprés'D
2
eq
2
1
eq
1
22eq
11eq
eqAB
22AB
11AB
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
⇒
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
⇒
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
=
I I1I2
R12
AB
A
B
R
U
21
1
2
21
2
1
21
21
eq
R R R
I. I ;
R R R
I. I : a on Donc
R R R . R
R : que sait on
+
=
+
=
+
=
Pont diviseur de tension
21
AB
111
21
AB
222
R RU
R .IR U
R RU
R .IR U
: effet En
+
==•
+
==•
I R1
R2
UAB
A
B
U2
U1
2.1.5.2 - Association des condensateurs
C
Q
2
1
Q.U
2
1
C.U
2
1
W
U
I.t
U
Q
C
2
2===•
==•
C
I
U
Association en série
C
1
.............
C
1
C
1
C
1
C1
C1
Q. )
C
1
C
1
C
1
.(Q
C
Q
C2
Q
C
Q
U U U U
C
Q
U ;
C
Q
U ;
C
Q
U .CU .CU .CU Q
commun) est courant (le Q Q Q Q
n321eq
eq32131
321
3
3
2
2
1
1332211
321
++++=⇒
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
=++=++====•
===⇒===•
===•
Association en parallèle
C1
I
U1
C2C3Ceq
I
U
≡
U2U3
A B A B
U
C1
I
U C2C3
I1
A
Ceq
I
U
A
I2I3
≡
B
B

LECON 1 : NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE
CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 5
n321eq
eq321321
332211
321321
C ......... C C C C
.UC ).UC C (C Q U.C U.C U.C Q
U.C Q ; U.C Q ; U.C Q
Q Q Q Q I I I I
++++=⇒
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎬
⎫
=++=⇒++=•
===•
++=⇒++=•
2.1.5.3 - Association des bobines
∫
=•
=•
dt u
L
1
i
dt
di
L. u
L
I
U
Association en parallèle
L1
I
A
B
≡
U L2L3
I1I3
I2
Leq
I
A
B
U
n321eq1eq L1
.......
L1 L1 L
1
L1
dt u
L3
1
dt u
L2
1
dt u
L
1
dt u
L1
i3 i2 i1 i : effet En ++++=⇒++=⇒++= ∫∫∫∫
Association en série
L1
I
A
B
≡
U
L2L3
Leq
I
A
B
U
n321eq321eq L ....... L L L L
dt
di
.L
dt
di
.L
dt
di
.L
dt
di
.L U : effet En ++++=⇒++==
Remarque :
 Un circuit électrique est supposé linéaire si ses composants sont supposés linéaires (relations
linéaires entre courants et tensions),
 Tous les circuits étudiés seront supposés linéaires,
2.2 - Les dipôles actifs
2.2.1 - Le dipôle générateur
Un générateur électrique est un système capable de transformer en énergie électrique une
autre forme d'énergie,
Grandeurs caractéristiques d'un générateur
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
tension de chute : r.I
interne résistance : r
f.e.m : E
: avec r.I - E U
: générateur un pour ohmd' loi La
+
-
+
-
≡
G
(E,r) U
+
r
U
- E