Sciences physiques et technologie L`électricité L`ELECTRICITE 1

L’électricité
Sciences physiques et technologie
L’ELECTRICITE
1. Courant et circuit électrique : généralités
Deux grandes catégories de générateurs : générateurs de courants
continus et générateurs de courants alternatifs.
Courant électrique = déplacement de charges électriques
(électrons ou ions).
Courant continu = les charges électriques se déplacent dans le
circuit toujours dans le même sens, les électrons sortent du pôle du générateur et retournent dans le générateur par le pôle +.
Un circuit électrique se compose de matériaux conducteurs et est
toujours constitué d’un générateur et d’au moins un récepteur
ainsi que d’éléments de connexion.
Courant alternatif = les charges électriques font des aller-retour
dans le circuit en changeant de sens de déplacement 2 fois par
période sachant que la période d’un phénomène est égale à
l’inverse de sa fréquence.
Pour que le courant circule le circuit doit être fermé (chaine
continue et fermée).
A. Schématisation
Sens du courant (courant continu) = sens de déplacement des
charges positives dans le circuit (du pôle + au pôle -). Ce sens du
courant doit être pris en compte pour le branchement des dipôles
polarisés.
Les circuits électriques sont représentés par des schémas
normalisés, chaque dipôle à son symbole.
Cf. tableau des symboles électriques
2. Grandeurs électriques
B. Générateurs et récepteurs
A. Intensité
Le générateur convertit de l’énergie en énergie électrique. Cette
énergie est transportée par les éléments de connexion jusqu’aux
récepteurs qui la transforment en d’autres formes d’énergies.
Intensité = rapport de la quantité d’électricité qui passe en un point
d’un circuit sur le temps correspondant. Unité : ampère (A).
Le courant électrique est donc un mode de transfert d’énergies
entre générateur(s) et récepteur(s).
Plus l’intensité est importante, plus les effets du courant électrique
le sont aussi.
C. Circuit en série et circuit en dérivation
Quelques lois :
Circuit en série : générateurs et récepteurs branchés à la suite,
une seule maille, les électrons suivent le même chemin.
-
Circuit en dérivation : branchements en parallèle, plusieurs
mailles, les électrons ont divers chemins possibles.
Loi d’unicité de l’intensité : dans un circuit en série, tous les
dipôles sont traversés par un courant de même intensité.
Ipile = IL1 = IL2 = IL3
-
Cf. schémas des différents circuits
D. Courant alternatif ou continu et sens du courant
Loi d’additivité des intensités : dans un circuit en dérivation,
l’intensité traversant le générateur est égale à la somme des
intensités traversant chaque récepteur.
Ipile = IL1 + IL2 + IL3
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On peut aussi mesurer la résistance d’un objet grâce à un
ohmmètre branché aux bornes de l’objet isolé de tout circuit
électrique.
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B. Tension entre deux points
Tension = différence de potentiel électrique entre les deux bornes
d’un dipôle. Unité : volt (V).
Un conducteur parfait devrait avoir une résistance nulle et un isolant
parfait une résistance infinie.
Plus la tension d’un générateur est importante, plus l’intensité dans
le circuit l’est aussi.
Lorsqu’un courant circule dans un objet de résistance électrique
non nulle, il y a transformation d’énergie électrique en chaleur.
Cet effet thermique est appelé effet Joule.
Quelques lois :
-
Loi d’additivité des tensions : dans un circuit en série, les
tensions s’additionnent, la tension aux bornes du générateur est
égale à la somme des tensions aux bornes de chaque
récepteur.
E. Association de résistances
En série, deux résistors R1 et R2 équivalent à un seul résistor de
résistance R1 + R2. Plus il y a de résistors en série, plus la
résistance est grande.
Upile = UL1 + UL2 + UL3
-
Loi d’unicité de la tension : dans un circuit en dérivation, la
tension est la même aux bornes de chaque dipôle en dérivation,
la tension à même valeur pour le générateur et chacun des
récepteurs.
En dérivation, deux résistors R1 et R2 équivalent à un seul résistor
de résistance :
. Plus il y a de résistors en dérivation,
plus la résistance est faible.
F. Puissance électrique
Upile = UL1 = UL2 = UL3
La puissance électrique P représente le débit d’énergie d’un
dipôle c'est-à-dire le rapport de l’énergie produite ou consommée
sur le temps correspondant. Unité : watts (W).
C. Mesure d’intensités et de tensions
Intensité : mesurable en n’importe quel point du circuit au moyen
d’un ampèremètre branché en série.
P = U.I
Tension : mesurable entre deux points quelconques d’un circuit à
l’aide d’un voltmètre branché en dérivation.
3. Lampe et pile électrique
A. Lampe électrique
D. Résistance électrique
Parmi les matériaux, différents types de conducteurs
électriques : excellents conducteurs, conducteurs médiocres et
isolants.
La lampe est un convertisseur d’énergie électrique en énergie
lumineuse.
La résistance électrique notée R est mesurée en ohms (Ω) et se
calcule avec la loi d’ohm qui est le rapport de la tension à ses
bornes par l’intensité du courant.
-
Il existe deux types de lampes :
incandescence = on fait circuler un courant électrique dans un
filament jusqu’à le porter à incandescence.
o
o
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baïonnette : les deux bornes sont des plots
à vis : les deux bornes sont le plot central et le culot en
forme de vis séparés par un isolant
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Fusible : petit bout de fil métallique placé en série dans un circuit. Il
fond au passage d’un courant dont l’intensité est supérieure à la
valeur indiquée.
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- néon (et basse consommation) = en faisant des décharges
électriques dans un gaz, ce dernier devient fluorescent.
B. Pile électrique
La pile est un convertisseur d’énergie chimique en énergie
électrique.
Les deux fils électriques reliant l’installation électrique d’une maison
à EDF sont différents. L’un est la phase (très dangereux) l’autre le
neutre (aucun risque). Le neutre est relié à la terre.
Des électrons sont extraits de réactifs chimiques stockés dans
la pile et sont mis en mouvement dans le circuit électrique.
Cf. Schéma
Plus l’intensité du courant est importante, plus l’énergie est
transformée vite et plus les réactifs sont consommés rapidement.
Le disjoncteur différentiel compare les intensités de ces deux fils
(phase et neutre), si la différence est supérieure à une valeur seuil
le disjoncteur se déclenche et coupe le circuit.
Quand les bornes négatives sont connectées aux bornes
positives, la tension totale est la somme des tensions aux bornes
des différentes piles.
4. Sécurité électrique
A. Court-circuit
Un générateur est court-circuité lorsque ses deux bornes sont
reliées par un conducteur de très faible résistance. Toute l’énergie
électrique produite est dissipée sous forme de chaleur, en partie
dans le générateur qui risque d’être détruit et en partie dans le fil
qui risque de fondre.
B. Sécurité des personnes
Le corps humain est plus ou moins bon conducteur. Sa
résistance électrique est d’environ 2 500 Ω mais cette valeur
dépend du milieu environnant. L’humidité augmente le danger
d’électrocution.
Risques d’une électrocution : brûlures, destruction partielle ou
totale du système nerveux, arrêt cardiaque et mort.
Au-delà de 25 V on court un risque qui peut être mortel.
C. Fusible et disjoncteur différentiel
Deux dispositifs permettent la protection des installations
électriques : le fusible et le disjoncteur différentiel.
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