Electricité - Cours et autres pour MPSI 2

Electricité :
Lois Générales de l'électrocinétique :
I) Phénomènes électriques dans un circuit :
1) Définition du courant :
Définition : Un courant électrique traduit un déplacement d'ensemble ordonné de charges.
–Dans un conducteur métallique.
e- libres (non liés à l'atome) susceptibles de se déplacer.
Métal globalement neutre.
+ immobiles
- e- bougent
–Dans une solution ionique :
–Faisceau d'électrons dans le vide (tubes cathodiques).
-|-> e- ----> accélération |- => téléviseurs
–gaz ionisés
–ions (lourd, immobiles)
–électrons (légers, mobiles)
=> courant
foudre.
–semi-conducteurs, Si, Ge.
transport d'électrons ou de trous (lacune électronique)
2) Origine physique du courant :
=> qu'est-ce qui « pousse » les charges ?
=> intéraction électrique décrite par un champ électrique
E
.
Force exercée sur une charge q :
F=q E
–conversion d'énergie mécanique en énergie électrique via des phénomènes d'induction.
(par le biais d'un champ
B
).

3) Grandeurs électriques :
a) Tension électrique :
–Potentiel électrique noté V(M) en Volt(V)
donne des infos sur
E
Pb unidimensionnel :
E=−dV
dx
E=> variation de V
–différence de potentiel entre 2 points.
Remarque : Masse d'un circuit électrique : par convention le point de potentiel nul.
Tous les points de masse doivent être connectés.
VM=0
Terre
≠
masse.
Terre => potentiel de la terre, symbole :
En général, la masse est reliée à la Terre pour des raisons de sécurité.
b) Intensité électrique :
L'intensité électrique mesure le débit de charge à travers une section de conducteur S.
q
charges traversent S pendant
t
.
I=q
t
I en ampères (A) charges traversant s par unité de temps :
[I]= [q]
[t]
I est d'autant plus grand que :
–les charges sont en nombre important
–les charges vont vite
L'intensité instantanée :
it= lim
t0
q
t=dq dt
–L'intensité est une grandeur algébrique .
–Nécessité d'orienter le circuit.
i(t) > 0 => sens +
i(t) < 0 => sens inverse

II) Structure d'un circuit :
1) Description :
Dipole : composant à deux bornes
Circuit : association de dipôles.
Noeud : point où sont connectés plus de 2 dipôles.
Branche : portion de circuit située entre 2 noeuds successifs.
Maille : portion fermée du circuit constituée d'une succession de branches se refermant.
2) Régimes de fonctionnement, évolution temporelle des signaux électriques :
–Régime continu :
cas où les grandeurs électriques sont invariables dans le temps.
–Régimes dépendants du temps :
–Régime sinusoïdal forcé :
Toutes les granderus électriques varient sinusoïdalement à la même fréquence.
–Régime transitoire :
passage d'un régime continu à un autre
–Approximation des régimes quasi-permanents (ARQP)
Information se propage à la vitesse de la lumière.
c=L
t
t=L
C
retard lié à la propagation.
T = temps caractéristique d'évolution de l'information.
T≫  t
On peut négliger la propagation de l'info (quasi-instantanée) si :
T≫L
C
3) Lois des branches, des noeuds, des mailles (dans l'ARQP) :
–Loi des branches :
L'intensité est la même en tout point d'une branche.
–Loi de noeuds :
∑Ientrant=∑Isortant
I algébriques :
∑Ientrant=0
–Loi des mailles :
U1U2U3U4=0
U dirigées dans le même sens.

4) Association de dipôles :
–Association série :
Même courant circulant dans tous les dipôles de l'association
On peut regrouper l'association par un dipôle équivalent.
–Association parallèle :
De même avec un dipôle équivalent
III) Puissance :
1) Définition :
Puissance instantanée p(t) = u(t) i(t) en Watt (W).
2) Conventions récepteur, générateur :
Pb : sens des échanges d'énergie.
comportement générateur ou récepteur du dipôle.
Convention récepteur :
Convention générateur :
–p(t) = i(t) u(t) est la puissance dégagée par le dipôle.
–p(t) > 0, convention générateur.
–p(t) < 0, convention récepteur.