Bases en électricité (2)

Puissance électrique
Associations de conducteurs ohmiques
Diviseur de tension
Les électromoteurs
Point de fonctionnement d’un circuit
1°) En convention récepteur :
La puissance électrique
« reçue » (algébriquement) par
un dipôle quelconque, s’écrit :
I
D
U
Pé l  U I
Deux cas sont alors possibles :
1°cas : U I  0 le dipôle reçoit effectivement de l’énergie ;
il fonctionne en récepteur.
2° cas : U I  0 le dipôle perd effectivement de l’énergie ;
il fonctionne en générateur.
2°) En convention générateur :
La puissance électrique
‘perdue’ (algébriquement) par
un dipôle quelconque, s’écrit :
I
D
U
Pé l  U I
1° cas : U I  0 le dipôle perd effectivement de l’énergie ;
il fonctionne en générateur.
2° cas : U I  0 le dipôle gagne effectivement de l’énergie ;
il fonctionne en récepteur.
Résumé
UI0
UI 0
Convention générateur
Convention récepteur
Dipôle générateur
Dipôle récepteur
Dipôle récepteur
Dipôle générateur
A
convention
récepteur
convention
générateur U
D1
I
B
D2
I
Exercice 6
Deux lampes sont alimentées comme
sur le schéma ci-dessous.
Les indications portées sur leur culot
sont respectivement : 6 V  6 W
6 V  12 W
Calculer l’intensité I du courant.
I
6V
L1
L2
Exercice 6
Deux lampes sont alimentées comme
sur le schéma ci-dessous.
Les indications portées sur leur culot
sont respectivement : 6 V  6 W
6 V  12 W
Calculer l’intensité I du courant.
U  I  6 W  12 W
I
18 W
I
6V
6V
L1
L2
I 3A
Exercice 7
Une diode électroluminescente (D.E.L.) de haute
luminosité, émet des radiations rouges lorsqu’elle
est passante.
Sa tension de seuil vaut U S = 1,7 V et la puissance
admissible est P max = 35 mW.
Une résistance de protection de la D.E.L. est donc
nécessaire. Sachant que l'alimentation est assurée
par une pile alcaline de f.é.m. E = 9 V et de
résistance interne négligeable, déterminer la
valeur minimale à donner à la résistance de
protection
Agencement des divers éléments du circuit
E=9V
I max
R p , min
U S = 1,7 V
U
Que vaut I max ?
Agencement des divers éléments du circuit
E=9V
I max
Que vaut I max ?
P max  U S I max
R p , min
U S = 1,7 V
U
I max  20,6 mA
Agencement des divers éléments du circuit
E=9V
I max
Que vaut U ?
E  US  U
R p , min
U S = 1,7 V
U
U  7,3 V
Agencement des divers éléments du circuit
E=9V
Que vaut R p , min ?
I max
U  R p , min I max
R p , min
U S = 1,7 V
U
R p , min  355 Ω
R p , min 
U
I max
1°) Rappels sur la loi d’Ohm :
Ohm
Convention récepteur
A
R
1787 - 1854
I B
(A)
U AB
UA B = R I
A savoir ! ….
(V)
en ohms ( W )
2°) Caractéristique courant-tension :
U A B ( en V )
Légende
A
R
I B
Exercice 8
U AB
40 V
Pente : R
0
I ( en A )
500 mA
40 V
R
 80 W
0,5 A
3°) Bilan de puissance :
Le passage du courant dans un résistor
s'accompagne d'un dégagement de chaleur
( effet Joule ).
Joule
1818 - 1889
P : puissance perdue par effet Joule ( en W )
U R I
P= U I
I
U
R
donc :
donc :
2
U
P
R
I en A ; U en V
P en W
P=RI2
Exercice 9
Un conducteur ohmique porte les indications
suivantes : 47 W – 1,5 W.
a) Calculer U max et I max.
Pmax  U max  I max
Convention récepteur
A
R
I max B
Pmax  R  ( I max ) 2
U max
Pmax
( U max )

R
2
Exercice 9
Un conducteur ohmique porte les indications
suivantes : 47 W – 1,5 W.
a) Calculer U max et I max.
Pmax
Convention récepteur
A
R
( U max ) 2

R
I max B
U max 
R Pmax
U max
U max  8,4 V
Exercice 9
Un conducteur ohmique porte les indications
suivantes : 47 W – 1,5 W.
a) Calculer U max et I max.
Pmax
Convention récepteur
A
R
U max
( U max ) 2

R
I max B
I max 
Pmax
R
I max  180 mA
b) Calculer l’énergie dégagée pendant 30 min
si U = 2/3 U max .
Exercice 9
Rappels :
E  P  t
en J en W en s
E  U  I  t
en J en V en A en s
1 Wh  3600 J
E  U  I  t
en Wh en V en A en h
en W
b) Calculer l’énergie dégagée pendant 30 min
si U = 2/3 U max .
Exercice 9
U
P
R
2
2
1
2

E   U max    (30  60 s)
R
3

2
1
2

E   U max    (0,5 h )
R
3

1 Wh  3600 J
E  1, 2 kJ
E  0,33 Wh
4°) Associations de résistors ( ou conducteurs ohmiques ) :
 En série
U
I
A
R2
R1
R3
équivaut à :
U
I
A
R eq
B
R eq = R 1 + R 2 + R 3
B
 En parallèle
U
I1
A
A
R1
B
R2
I2
R3
I3
équivaut à :
U
I
A
R eq
B
1
1
1
1



R eq
R1
R2
R3
1. Exprimer R eq entre A et B.
Exercice 10
I2
R2
I1
R1
C
I
R3
A
I3
I4
R4
B
1
1
1


R' R 2 R3
R2 R3
R'
R2  R3
Exercice 10
R'  2 R1
I1
R1
I
R’
C
B
A
I4
R
4
R"  R '  R 1
R"  3 R 1
Exercice 10
I1
R”
I
B
A
I4
R
4
1
1
1


R eq R 4 R"
R" R 4
R eq 
R"  R 4
Exercice 10
R eq  1,2 R 1
I
A
2. Calcul de I
B
R eq
U A B  R eq  I
U AB
I
R eq
I2A
2. Calcul de I 4 et I 1
Exercice 10
U AB  R 4  I 4
U AB  R"  I 1
I1
U AB
I4 
R4
I 4  1,2 A
U AB
I1 
R"
I 1  0,8 A
R”
I
B
A
I4
R
4
2. Calcul de I 2 et I 3
Diviseur de tension
Exercice 10
U CB
I2 
R2
I1
U CB  R '  I 1
U CB
I3 
R3
R1
I
U CB
ou
U AB

R'
R'  R1
I 2  0,3 A
I 3  0,5 A
R’
C
B
A
I4
R
4
Rq : Diviseur de tension
U partielle
U tot
I
R4
R 4  R1
I
R1
I=0
U tot
R4
U partielle
U partielle  U tot
R4
R 4  R1
1°) Généralités :
Un électromoteur est un dipôle actif dissymétrique :
 actif :
 il fournit de l'énergie électrique à
partir d'une autre forme d'énergie
(mécanique, chimique, lumineuse, ..).
C’est un générateur
 ou il en consomme pour la
convertir en énergie d'une autre forme;
C’est un récepteur
 dissymétrique : ses
deux bornes ne jouent
pas le même rôle et son
fonctionnement dépend
de son branchement, car
il est polarisé.
Générateurs
Énergie chimique
Énergie électrique
Cellule photovoltaïque
Énergie lumineuse
Énergie électrique
Énergie mécanique
Énergie électrique
Alternateur
2°) Caractéristique courant-tension d'un générateur linéaire :
Équation de la caractéristique U = f ( I )
U ( en V )
Légende
A
U  E  rI
I
E
G
I B
U
 U : Chute de tension
Pente : - r
0
E : f.é.m. du générateur
r : résistance interne du générateur
I ( en A )
Pertes par effet
Joule
Cas particuliers
 Générateur de tension parfait :
U
Un générateur de tension parfait
maintient entres ses bornes la
E
même tension U = E et ceci quel
que soit le courant I qu’il débite.
Sa résistance interne est nulle.
I
0
E
Symboles :
E
I
I
 Générateur de courant parfait :
I
Un générateur de courant
parfait délivre le même
courant I 0 quelle que soit
I0
la tension qui en résulte
U
0
Symbole :
I0
Récepteurs
Énergie électrique
Énergie chimique
Électrolyseur
Énergie électrique
Énergie mécanique
Moteur
Remarque :
Quand le même électromoteur peut être soit générateur, soit
récepteur, il est dit réversible (exemple : accumulateur de voiture).
3°) Caractéristique courant-tension d'un récepteur linéaire :
U ( en V )
Équation de la caractéristique U = f ( I )
Légende
I B
A
E
U
U  E  r I
Pente : r
I ( en A )
0
E : f.é.m. du récepteur
(parfois appelée force contre-électromotrice ou f.c.é.m.)
r : résistance interne du récepteur
4°) Point de fonctionnement d’un circuit :
Associer un dipôle actif et un dipôle passif c’est imposer
une tension et une intensité communes à ces deux dipôles.
(b) est en convention récepteur
(a) en convention générateur
U
E
UP
0
IP
UP
(b)
P (a)
IP
Dipôle (a)
IP
Dipôle (b)
I
Graphiquement, le point de coordonnées ( U P , I P )
correspond au point de fonctionnement de l’ensemble.
Rq : Ce point de fonctionnement peut être déterminé de façon
analytique si les caractéristiques des deux dipôles sont connues ou,
dans le cas contraire, de façon graphique.
1. Trouver la relation entre u et I.
2. Point de fonctionnement
Relation : u = E – r I
Exercice 11
Le point de fonctionnement ne peut
se déterminer que graphiquement !
U A B ( en V )
5
Droite d’équation : u = E – r I
P
2
1
0
I (en A)
0,1
0,3
0,5
U AB
2V
I 0,3 A