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.
–
semi­conducteurs, Si, Ge. transport d'électrons ou de trous (lacune électronique)
2) Origine physique du courant : => qu'est­ce 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
−dV
Pb unidimensionnel : E=
E=> variation de V
dx
– 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. V M= 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 .
q
I=
t
I en ampères (A) charges traversant s par unité de temps : [ I ]=
I est d'autant plus grand que :
– les charges sont en nombre important
– les charges vont vite
L'intensité instantanée :
 q dq
=
dt
 t 0  t
L'intensité est une grandeur algébrique .
– Nécessité d'orienter le circuit.
i t= lim
–
i(t) > 0 => sens +
i(t) < 0 => sens inverse
[ q]
[ t]
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 quasi­permanents (ARQP) Information se propage à la vitesse de la lumière.
L
c=
t
L
 t=
retard lié à la propagation.
C
T = temps caractéristique d'évolution de l'information.
T≫ t
On peut négliger la propagation de l'info (quasi­instantanée) si : T ≫
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 : ∑ I entrant =∑ I sortant
–
I algébriques : ∑ I entrant =0
– Loi des mailles : U1 U2 U 3U 4=0 U dirigées dans le même sens.
L
C
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.