L`ÉLECTRICITÉ

L’ÉLECTRICITÉ
I.
CIRCUIT ÉLECTRIQUE.
Un circuit est un lieu de circulation fermé constitué d’un ensemble d’éléments (= dipôles), dont un
générateur, tous reliés entre eux par des éléments conducteurs (= fils conducteurs).
Le point de départ et le point d’arrivée sont confondus.
L’élément qui permet de passer d’un circuit ouvert à un circuit fermé est un interrupteur.
Si le contact est rompu le courant ne circule plus  circuit « ouvert ».
Ex : une lampe et une pile.
 Une lampe fonctionne grâce à un courant électrique généré.
 Lorsqu’on relie les deux bornes (+ et –) d’une pile aux deux bornes d’un récepteur adapté
(ici une lampe), ceci génère un courant électrique permettant à la lampe de s’allumer.
= boucle fermée / circuit fermé.
Le courant électrique.
 Déplacement global d’électrons (particules élémentaires porteuses d’une charge
électrique négative) au sein des matériaux du circuit  la borne – d’une pile repousse
les électrons alors que la borne + les attire  ils circulent donc de la borne – vers la
borne +.
NB : Le déplacement réel de ces charges électriques ne correspond pas au sens
conventionnel du courant électrique continu (on dit que le courant circule du + de la borne
vers le – du générateur car au départ les savants ignoraient la réalité de l’électron).
Quand le courant conserve un sens constant  courant continu.
C’est le cas des circuits alimentés par des piles.
Quand la tension appliquée est alternative (les charges électriques ont un mouvement d’ensemble
alternativement dans un sens puis dans un autre)  courant alternatif.
 La fréquence des changements de sens est caractérisée par le nombre de cycles par
seconde appelé fréquence du signal électrique.
En France, le courant du secteur a une fréquence de 50 hertz (Hz) : il y a 50 cycles par
seconde, soit 100 changements de sens pour le courant.
On trouve également d’autres grandeurs électriques :
-
La puissance électrique P exprimée en watt (W).
-
L’énergie électrique E exprimée en joule (J).
-
L’intensité I est exprimée en ampère (A)  = débit d’électrons dans le circuit  se
mesure avec un ampèremètre.
-
La tension U est exprimée en volt (V)  = « différence de niveau électrique » mesurée
aux bornes d’un élément du circuit. C’est l’existence de cette tension qui est à l’origine de
la mise en mouvement des électrons dans un circuit, donc du passage du courant.
La puissance électrique (P) est une grandeur dont l’unité est le watt (W).
Pour un élément soumis à une tension U et traversé par un courant d’intensité I, on peut écrire :
P = U x I.
Schématiser un circuit électrique.
Il existe des symboles conventionnels pour schématiser les éléments des circuits électriques.
Pour la pile la grande barre correspond à la borne +.
Dipôles
Symboles
Fil électrique
Fils sans contact électrique
Fils avec contact électrique
Interrupteur ouvert
Interrupteur fermé
Lampe
ou
Conducteur ohmique (résistance)
Moteur
Diode
Diode électroluminescente
Générateur (pile)
+
-

La loi d’Ohm.
Les 3 grandeurs précédemment citées sont liées.
L’intensité (I) dépend non seulement de la tension (U) délivrée par le générateur, mais aussi des
éléments du circuit, c’est-à-dire de leur résistance (R).
Pour un conducteur métallique (dit « ohmique ») la relation, appelée loi d’Ohm, est la suivante :
U = R x I.
L’unité de résistance électrique est l’ohm (Ω) et se mesure avec un ohmmètre.
II.
TENSION ET INTENSITÉ.
Qu’est-ce que la tension électrique ?
Une même lampe brille beaucoup plus si elle est branchée sur une pile plate de 4,5 V que sur une
pile ronde de 1,5 V. Elle est donc traversée par un courant plus intense dans le premier cas.
La pile de 4,5 V a donc une plus forte capacité à faire circuler le courant, c’est-à-dire à pousser
fort les électrons dans le circuit.
Tension de la pile  capacité plus ou moins forte à faire circuler le courant dans un circuit.
L’unité de tension électrique est le volt (V). Elle se mesure grâce à un voltmètre.
Qu’est ce que l’intensité du courant ?
Lorsqu’on dit d’un courant qu’il est plus ou moins « fort », cela signifie qu’un nombre plus ou moins
élevé d’électrons franchit une section du circuit pendant un temps donné. On dit que le courant
est plus ou moins intense.
Intensité du courant  débit d’électrons dans le circuit
Elle se mesure en ampères (A) grâce à un ampèremètre.
-
Dans un circuit ne comportant qu’une seule branche (= qu’un seul « chemin » pour le
courant), l’intensité est forcément la même en tout point du circuit.
Si le circuit comporte un interrupteur ouvert, aucun courant ne circule et l’intensité est
alors nulle en tout point de celui-ci.
Si le circuit comporte une lampe traversée par du courant, l’intensité dans les files est la
même de chaque côté de la lampe. Les électrons se conservant, le même nombre sort et
entre de la lampe.
-
Dans un circuit comportant des dérivations, si le courant d’intensité I se partage entre
deux branches alors les intensités I1 et I2 dans les branches sont telles que I = I1 + I2.
Qu’obtient-on en associant plusieurs piles ?
Lorsque l’on doit placer plusieurs piles dans un appareil portatif, la borne + de l’une est toujours
en contact avec la borne – de la suivante. Ainsi reliées, toutes les piles tentent de faire circuler
le courant dans le même sens et leur action s’ajoute.
On dit que les piles sont associées en série (l’une à la suite de l’autre) et en concordance (dans le
même sens).
Exemple :
Les trois piles rondes de 1,5 V associées sont l’équivalence d’une seule pile de tension 4,5 V.
D’ailleurs une vraie pile plate de 4,5 V est formée par l’association en série de trois piles rondes
placées côte à côte dans le même emballage.
Conducteur et isolants.
Placés dans un circuit, certains matériaux laissent circuler les électrons et sont donc traversés
par le courant  ce sont les conducteurs.
C’est le cas pour tous les métaux (cuivre, fer…) ainsi que le graphite (mines de crayons).
L’eau et le corps humain sont également des conducteurs mais ils opposent une plus grande
résistance que les métaux au passage d’un courant électrique.
D’autres matériaux ne permettent pas au courant de passer, les électrons ne peuvent pas être
mis en mouvement de façon globale  ce sont les isolants.
C’est le cas pour de nombreux matériaux (verre, matières plastiques, bois, céramique, laine…).
L’air est lui aussi un bon isolant.
III.
CIRCUITS
1- Les circuits en série.
 Les dipôles constituant le circuit électrique ne forment qu’une seule boucle. Ils sont branchés
les uns à la suite des autres et l’intensité du courant est la même en tout point.
Plus il y a de récepteurs plus l’intensité du courant est faible car chaque composant n’est soumis
qu’à une partie de la tension délivrée par le générateur.
Quand on retire un récepteur, les autres ne fonctionnent pas car le circuit devient ouvert.
Ampoules montées en série
2- Les circuits en dérivation.
En dérivation (ou en parallèle)  chaque composant est soumis à la tension délivrée par le
générateur et fonctionne comme s’il était alimenté seul.
Chaque récepteur est branché sur une branche différente.
Si on retire un récepteur les autres fonctionnent toujours car les autres branches du circuit
sont fermées.
 Dans une installation domestique tous les éléments sont montés en dérivation (lampe,
appareils, prises, etc.).
Ampoules montées en dérivation
IV.
LES GÉNÉRATEURS ÉLECTRIQUES
Un générateur est un appareil qui transforme en énergie électrique une autre forme d’énergie.
Énergie consommée
Récepteur
Mécanique (travail)
Radiateur électrique
Chimique
Lampe électrique
Rayonnante (lumière)
Moteur électrique
Thermique (chaleur)
Accumulateur en charge
Électrique
Transformateur
Énergie utile fournie
Énergie électrique
1- LA PILE.
Alessandro Volta (physicien italien) invente le premier générateur en continu  association d’un
disque de zinc et d’un disque d’argent séparés par une rondelle d’étoffe imbibée d’eau salée ou
acidulée.
Pour en augmenter l’effet il empile plusieurs générateurs semblables les uns sur les autres.
Il réalise ainsi une pile de disques, d’où le terme « pile » employé aujourd’hui.
Une pile contient des produits chimiques qui ont tendance à réagir entre eux spontanément en
provoquant le déplacement des électrons.
Ces réactions chimiques créent une accumulation d’électrons sur la borne – et un déficit
d’électrons sur la borne +. La tension obtenue ne dépend que des produits en présence.
Les piles usuelles valent 1,5 V.
2- L’ACCUMULATEUR.
Souvent utilisés en association  « batteries d’accumulateurs » (plus simplement « batterie »).
A l’instar des piles, les accumulateurs sont des générateurs électrochimiques qui produisent du
courant par le biais des réactions chimiques. Mais ces réactions sont ici réversibles : elles se
déroulent dans un sens quand l’accumulateur produit du courant , et dans l’autre sens quand il est
alimenté en courant.
 L’accumulateur peut se charger et ainsi accumuler l’énergie sous forme chimique, puis se
décharger en fournissant à son tour du courant électrique.
3- GÉNÉRATRICE DE BICYCLETTE.
La génératrice de bicyclette = petit alternateur = générateur électromagnétique.
Il produit un courant alternatif (qui change de sens sans arrêt).
La tension électrique est créée dans un bobinage par interaction avec un champ magnétique
variable obtenu en faisant tourner un aimant.
V.
LES RÉCEPTEURS ÉLECTRIQUES.
Un récepteur est un appareil qui transforme l’énergie électrique en une autre forme d’énergie, en
fonction du besoin.
Énergie consommée
Énergie électrique
Récepteur
Énergie utile fournie
Radiateur électrique
Thermique (chaleur)
Lampe électrique
Rayonnante (lumière)
Moteur électrique
Mécanique (travail)
Accumulateur en charge
Chimique
Transformateur
Électrique
Exemple de la lampe à incandescence.
 Utilise l’effet thermique (ou effet Joule) du courant électrique  = dégagement de chaleur
au sein des matériaux.
Le courant électrique passe dans le filament de la lampe qui s’échauffe (+ 2000 °C) et devient
incandescent = il émet de la lumière.
Les deux extrémités du filament sont reliées aux deux bornes de la lampe.
 Le filament = petit fil en tungstène (métal solide résistant à des T°
> à 3000 °C).
Il est enfermé dans une ampoule de verre remplie d’un gaz inerte (krypton, argon, néon…) pour
éviter sa combustion dans l’oxygène de l’air.
Autres types de lampes utilisées.
-
Les lampes « basse énergie » : ce sont des tubes luminescents. C’est une décharge
électrique dans un gaz qui provoque l’émission de lumière. Ce phénomène est de même
nature qu’une étincelle ou un éclair lors d’un orage.
-
Les DEL : la lumière émise provient des atomes de semi-conducteur sollicités lors du
passage du courant électrique.
L’électroaimant.
Une bobine de fil parcourue par un courant se comporte comme un aimant, les deux faces de la
bobine jouant le rôle des deux pôles de l’aimant.
Si l’on place un noyau de fer à l’intérieur de la bobine, il devient lui-même fortement aimanté
quand le courant passe  c’est l’électroaimant (ou rotor).
Un aimant permanent est appelé stator.
Si sens du courant change  nature « nord » et « sud » des pôles de l’électroaimant permutée.
L’énergie solaire
Les transformations de l’énergie du Soleil sont à la base de nombreux phénomènes et de
nombreuses sources d’énergies secondaires indispensables à la vie sur Terre.
Source d’énergie
Quelques effets primaires sur la
Terre
* Photosynthèse  matière organique
des plantes vertes
SOLEIL
(énergie nucléaire)
SOLEIL
(énergie de gravitation)
* Énergie thermique  évaporation 
différences des T° des masses d’air
Quelques effets secondaires
* Combustibles fossiles  gaz,
pétrole, charbon
* Énergie « verte », biomasse
* Énergie cinétique  vent 
formation et déplacement des
masses nuageuses
* Influences climatiques
* Rayonnement  énergie électrique
(cellules photovoltaïques)
* Production d’énergie électrique
* Rayonnement  énergie thermique
(panneaux solaires)
* Chauffage (circuit d’eau)
* Marées (influence aussi de la Lune)
* Production d’électricité (usine
marémotrice de la Rance)
* Mouvement de révolution de la Terre
(interaction gravitationnelle)
* Associé au mouvement de
rotation de la Terre  saisons