Le Courant Continu
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Le Courant Continu Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Un courant est un flux d d'électrons électrons. Pour que ces électrons puissent se déplacer, il faut que les électrons soient libres. On trouve des électrons libres, en général, dans les métaux, ce sont des conducteurs. En absence d'électrons pp libres, les matériaux seront appelés isolant. La couche périphérique d'un atome ne peut pas posséder plus de huit électrons. Les propriétés électriques dépendent des électrons de la couche périphérique. périphérique Les bons conducteurs ont leur dernière couche incomplète. Ils céderont facilement leurs électrons. Argent, or, cuivre, aluminium, fer, carbone..... Les isolants ont leur dernière couche saturée ou presque saturée. Ils accepteront peu d d'électrons électrons. Mica, Mica silicone, silicone huile, huile porcelaine, porcelaine plastique, plastique verre, air sec.. Certains matériaux ont autant d'électrons à prendre qu'à donner pour avoir leurs couches saturées saturées. Ces matériaux portent le nom de semi-conducteurs semi conducteurs : silicium, germanium, arséniure de gallium Electricité 1 Mise en mouvement des électrons libres : le courant électrique Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Pour mettre en mouvement des électrons libres il faut un circuit conducteur fermé et une pompe à électrons appelée générateur L'intensité du courant électrique est la quantité d'électricité traversant une section droite du conducteur en une seconde i d i d d d L'intensité d'un courant s'exprime en Ampères (symbole A) Représentation d'un générateur chimique (la pile, l'accumulateur) Une pile est un convertisseur d'énergie chimique en énergie él électrique. i Ce C type de d générateur é é est représenté é é par deux d traits i parallèles dont le plus petit représente le pôle moins (-). Ce symbole représente 1 élément soit 1,2V à 3V, pour obtenir d'autres tensions, on peutt brancher b h ces éléments élé t en série. é i Electricité 2 Représentation d'un générateur chimique (la pile, l'accumulateur) Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Uo Groupt r Exercices Ces générateurs sont limités dans leurs caractéristiques électriques. Leurs caractéristiques électriques se modifient dans le temps. Type t 04/09/2011 Electricité Pile saline alcaline Accumulateur plomb Accumulateur Cd Ni Accumulateur Lithium U0 1,5V 2V 1 2V 1,2V 3V 3 Les générateurs Générateur réel (pile accu) : Plus le courant est important, plus la tension sera faible. Exemple U = 12V Uo I é é parfait de tension. Générateur E Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices Il se différencie du générateur précédent par le fait qu'il fournit une tension stable bl et constante quell que soit le courant demandé. E Exemple E = 5V (E: force électromotrice) Générateur de courant. courant Sa caractéristique est de fournir un courant fixe quel que soit l'endroit où il est connecté. connecté Ex I=2A I E I 04/09/2011 Electricité 4 Mesure de l’intensité d’un courant Remarques très importantes C'est le récepteur qui limite le courant I dans le circuit. L'ampèremètre L ampèremètre ne peut en aucun cas être considéré cons déré comme un récepteur. La présence d'un ampèremètre ne modifie rien aux caractéristiques du montage. Les bornes d'un ampèremètre sont q à un court circuit. équivalentes 2 2 1 2 Récepteur 1 Récepteur Soit un circuit électrique p une fermé comportant dérivation. E Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices L'intensité L' é d'un d' courant se mesure à l'aide l' d d'un d' ampèremètre è è placé l é en série dans le circuit. 1 04/09/2011 Electricité 2 2 5 Loi des nœuds I I2 I1 I2 I1 I2 C’est la loi des nœuds Ré écepteur Ré écepteur I E I = I1 + I2 I Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices La valeur L l indiquée d é par l'ampèremètre l' è è mesurant I est la somme des valeurs indiquées par les ampèremètres mesurantt I1 ett I2 I2. I I1 I2 I2 Loi des nœuds : La somme des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent. I = I1 + I2 + I3 04/09/2011 Electricité 6 Loi des nœuds Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Exemples Si toutes les flèches sont entrantes ou sortantes, cela signifie qu’il y a une erreur de fléchage, ou qu’un courant est négatif 4 3 1 2 Electricité 7 Différence de potentiel Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Le VOLT (V) est la différence de potentiel que subit une charge de 1 coulomb pour produire un travail de 1 joule. Représentation schématique d'une différence de potentiel (ddp) Ddp p U = VBA = VB-VA Ddp p U = VAB = VA-VB VA = 0 Ddp p U = VBA = VB-VA = VB Electricité Ddp p U = VAB = VA-VB = -VB 8 Mesure d’une différence de potentiel I I=0 I=0 I 04/09/2011 I=0 I Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices I La différence de p potentiel se mesure à l'aide d'un voltmètre branché en dérivation dans le circuit. Le voltmètre ne perturbe pas le circuit. circuit L L'énergie énergie consommée par le voltmètre est nulle I=0 La valeur indiquée par le voltmètre mesurant U est la somme des valeurs indiquées par les voltmètres mesurant U1 et U2. Electricité 9 Loi des mailles 04/09/2011 ¾ On choisit un sens de p parcours arbitraire p pour la maille. ¾ On décrit la maille dans le sens choisi et on écrit que la somme algébrique des tensions est nulle en respectant la convention suivante: → Si la flèche tension est rencontrée par la pointe, la tension est négative. →S i la flèche tension est rencontrée par le talon, la tension est positive. R1 E - U1 - U2 =0 E - R1I - R2I = 0 E = I ( R1 + R2) R2 Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices ¾ On flèche correctement les tensions et courants. Electricité 10 Loi des mailles Généralités Le courant Générateur Mesurer I L d nœuds L.des d D. D. P. Mesure ddp L d mailles L.des ill Loi d’OHM Puissance Résistance é Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 1 Maille 3 R1 R3 Maille 1 Maille 2 Maille 1 : E – U1 - U2 = 0 ou E– R1I – R2I2 = 0 Maille 2 : U2 –U3 – U4 = 0 ou R2I2 – R3I4 – R4I4 = 0 M ill 3 : E – U1 – R3 – R4 = 0 ou E – R1I – R3I4 – R4I4 = 0 Maille Electricité 11 Loi d’OHM Généralités Le courant Générateur Mesurer I L d nœuds L.des d D. D. P. Mesure ddp L d mailles L.des ill Loi d’OHM Puissance Résistance é Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Une résistance électrique est comparable à un étranglement du circuit électrique fermé. Si on relève, pour différentes valeurs de I, les valeurs correspondantes de U, on s'aperçoit que U et I sont directement proportionnels. On note R le coefficient de proportionnalité liant U à I U ((VV ) R(Ω) = I ( A) U R R/2 U = RI U I= R 2R I Electricité 12 Puissance electrique Généralités Le courant Générateur Mesurer I L d nœuds L.des d D. D. P. Mesure ddp L d mailles L.des ill Loi d’OHM Puissance Résistance é Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Par définition, la puissance est le travail effectué en 1 seconde. (P en Watt) P(W ) = U (V ) .I ( A) 2 U P= R P = RI 2 Electricité 13 Résistance électrique Lorsqu'un ' générateur é é est branché hé aux extrémités é é d'un d' circuit conducteur, d les électrons libres placés dans le champ électrique qu'il produit, subissent une force qui provoque leur déplacement d'ensemble. Mais les atomes sont animés sur place de vibrations (agitation thermique) et les électrons libres ont des difficultés à se faufiler entre les atomes, d'où une RÉSISTANCE à leur déplacement. Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds Une résistance se mesure en Ohm symbole: Ω (oméga) D. D. P. Mesure ddp Puissance Sans agitation g thermique q Avec une agitation thermique Aucune résistance à leur déplacement L.des mailles Résistance à leur déplacement Supraconductivité Loi d’O Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices Résistivité Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 La résistance électrique d'un conducteur homogène est directement proportionnelle à sa longueur, inversement proportionnelle à sa section, et dépend de sa nature : ρ est un coefficient dépendant de la nature du corps ; il est appelé résistivité. Electricité R( Ω ) = ρ ( Ωm ) l( m ) s( m 2 ) 15 Résistivité Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Câbles EDF souterrains 63 kV Câbles 400-500 kV Electricité 16 Générateurs- récepteurs Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices 04/09/2011 Le Générateur Le courant est dans le même sens que la flèche tension Electricité Le récepteur Le courant est dans le sens opposé à la flèche tension 17 Force electromotrice fem 04/09/2011 E U = E - rI Généralités Le courant Générateur Mesurer I L.des nœuds D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Loi d’OHM Puissance Résistance Résistivité Géné-récept Fem Groupt r Exercices Les générateurs L é é du d type chimique, hi i tournant peuvent se modéliser déli sous la l forme: f générateur parfait, résistance interne. Aucun générateur n’est parfait. Il possède un générateur parfait E appelé force électromotrice fem en série avec une résistance interne r. Cette résistance interne r est indissociable du générateur. La tension en sortie du g générateur est U = E - rI Si la résistance interne, r est très faible par rapport à la charge branchée, sur le générateur, on pourra considérer la tension U = E et représenter ce générateur comme un générateur parfait, nommé E du nom de sa force électromotrice électromotrice. Le courant de court circuit Icc est donc égal à E/r Exemples Une pile (neuve) E=1,5V r=0,5Ω Icc=3A Accumulateur Dynamo E=2V r=0,01Ω Icc=200A E=6V r=0,6Ω Icc=10A Electricité 18 Groupement de résistances I est commun Groupement en série : Généralités Re = R1+R2+R3+…+Rn Le courant Re Générateur Lorsque plusieurs résistances sont montées en série, la somme des résistances Mesurer I donne la valeur équivalente Re. L.des nœuds Re est TOUJOURS plus grande que la plus grande valeur de résistance… é D. D. P. Mesure ddp L.des mailles Groupement en parallèle : U est commun Loi d’OHM 1 1 1 1 1 Puissance Re = + + + .... + Résistance Re R1 R 2 R3 Rn Résistivité Géné-récept Lorsque plusieurs résistances sont montées en parallèle, la somme de l’inverse Fem des résistances, résistances donne la valeur de ll’inverse inverse de la résistance équivalente Re. Re Groupt r Re est TOUJOURS plus petit que la plus faible valeur de résistance… Exercices R1.R2 Produit Re= P Pour 2 résistances… é i t Somme R1+R2 04/09/2011 Electricité 19
