15 Courant électrique

15
Physique passerelle
Courant électrique
hiver 2016
1. Courant
Le courant électrique représente la quantité de charge qui circule dans un fil par unité de temps :
‫=ܫ‬
‫ݍ‬
‫ݐ‬
•
‫ ܫ‬est le courant électrique en ampères [A]
•
‫ ݍ‬est la charge électrique en coulombs [C]
•
‫ ݐ‬est la durée en secondes [s]
(page 148)
→ Par exemple, le courant en ࡮ est plus grand que le courant en ࡭ :
2. Résistance
La résistance électrique représente le frottement que subit le courant électrique :
ܴ=
ߩ⋅‫ܮ‬
ܵ
•
ܴ est la résistance en ohms [Ω]
•
ߩ est la résistivité du matériau en [Ωm]
•
‫ ܮ‬est la longueur du fil en mètres [m]
•
ܵ est la section du fil en mètres carrés [m2]
(page 148)
→ Par exemple, la résistance en ࡮ est plus grande que la résistance en ࡭ :
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3. Tension
La tension électrique représente l’énergie potentielle disponible dans le générateur :
ܷ=
‫ܧ‬
‫ݍ‬
•
ܷ est la tension en volts [V]
•
‫ ܧ‬est l’énergie en joules [J]
•
‫ ݍ‬est la charge en coulombs [C]
(page 146)
→ Par exemple, la tension en ࡭ est plus grande que la tension en ࡮ :
4. Loi d’Ohm
Courant, résistance et tension sont liés par la loi d’Ohm :
ܷ =ܴ⋅‫ܫ‬
Exemple :
Remarques :
•
ܷ est la tension en volts [V]
•
ܴ est la résistance en ohms [Ω]
•
‫ ܫ‬est le courant en ampères [A]
(page 148)
Calculer le courant qui circule dans le circuit ci-dessous, sachant que la tension aux bornes
du générateur vaut 12 V et que la résistance vaut 6 Ω.
•
La grande barre du générateur représente la borne positive
•
Le courant circule du ൅ au െ
En réalité, les électrons circulent du െ au ൅
•
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5. Branchement en série ou en parallèle
Les composants électriques peuvent être branchés en série ou en parallèle :
série
(page 149)
parallèle
‫ܫ‬
ܷଵ
ܷ
ܷଶ
ܴଵ
ܴଶ
‫ܫ‬ଵ
‫ܫ‬ଶ
‫ܫ‬ଵ
ܴଵ
ܷଵ
‫ܫ‬ଶ
ܴଶ
‫ܫ‬
ܷଶ
ܷ
‫ܫ‬
ܷ
ܷଵ
‫ܫ‬ଵ
‫ܫ‬ଶ
ܷଶ
ܷ = ܷଵ ൅ ܷଶ
ܷ = ܷଵ = ܷଶ
‫ܫ = ܫ‬ଵ = ‫ܫ‬ଶ
‫ܫ = ܫ‬ଵ ൅ ‫ܫ‬ଶ
1
1
1
=
൅
ܴ ܴଵ ܴଶ
ܴ = ܴଵ ൅ ܴଶ
ܴ=
Exemple :
ܴଵ ⋅ ܴଶ
ܴଵ ൅ ܴଶ
Que vaut l’intensité du courant qui circule dans le circuit ci-dessous ?
6Ω
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4Ω
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4,8 ܸ
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6. Instruments de mesure
•
Le courant électrique se mesure à l’aide d’un ampèremètre :
Un ampèremètre se branche en série avec la résistance à analyser.
ܴ
•
La résistance électrique se mesure à l’aide d’un ohmmètre :
Un ohmmètre se branche aux bornes de la résistance à analyser.
ܴ
•
La tension électrique se mesure à l’aide d’un voltmètre :
Un voltmètre se branche en parallèle avec la résistance à analyser.
ܴ
•
Un fusible disjoncte lorsque le courant est trop fort :
Le courant qui traverse un fusible doit toujours être plus faible que la valeur indiquée.
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7. Exercices
Exercice 1
Vrai ou faux ?
Vrai
Faux
a) Tous les électrons d'un métal sont libres.
b) la vitesse moyenne des électrons est de quelques millimètres par minute.
c) Le sens conventionnel du courant est le même que le sens de circulation des électrons.
d) Les électrons sortent par la borne négative du générateur.
Exercice 2
Compléter les phrases suivantes :
Un métal possède des ______________ faiblement liés au ______________ . On les appelle
____________________ . Dans un métal, le courant électrique est dû à un ____________________ des
____________________ . Ce mouvement est très ______________ . Un isolant ne possède pas d'
____________________ . Il ne ______________ pas le courant électrique.
Exercice 3
Compléter les égalités suivantes :
a) 350 mA
=
b) 0,025 A
=
c) 1,2 A
=
A
mA
mA
d) 0,250 mA =
e) 25 mA
=
f) 830 A
=
A
A
mA
Exercice 4
Sur la figure ci-dessous, l’ampèremètre A2 indique 250 mA. Qu’indique l’ampèremètre A1 ?
Exercice 5
Examiner la figure ci-dessous.
a) Combien y a-t-il de nœuds dans le circuit ?
b) Quel est l'ampèremètre qui indique la plus grande intensité ?
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Exercice 6
Compléter le tableau de mesures correspondant au circuit ci-dessous.
Exercice 7
Les schémas de la figure représentent les nœuds d'un circuit. Calculer I3 dans chacun des cas.
Exercice 8
Les ampoules sont identiques dans tout le circuit de la figure ci-dessous. Qu'indique chaque ampèremètre?
Exercice 9
Deux ampoules différentes sont branchées en parallèle sur une pile électrique. L'intensité du courant issu
de la pile vaut I = 1,2 A et la première ampoule est parcourue par un courant d'intensité I1 = 0,5 A.
a) Dessiner le schéma du circuit.
b) Calculer l'intensité I2 du courant dans la deuxième ampoule.
Rép. : 0,7 A
Rép. : 1,875 · 1020
c) Calculer le nombre n d'électrons traversant la première ampoule en 1 min.
Exercice 10
Trois ampoules sont branchées à un générateur comme sur le schéma. Calculer:
a) ...l'intensité I3 du courant traversant l'ampoule 3.
b) ...la valeur (absolue) q de la charge électrique traversant l'ampoule 1 en 1 min.
c) ...le nombre n d'électrons traversant l'ampoule 2 en 1 min.
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Rép. : 0,84 A
Rép. : 76,2 C
Rép. : 1,61 · 1020
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Exercice 11
Sur les figures ci-dessous, le voltmètre ܸଵ indique 6 volts. Qu'indique le voltmètre ܸଶ ?
a)
Rép. : 3V
b)
Rép. : 6V
Exercice 12
Calculez les tensions entre les points :
a) I et J
b) H et E
c) F et A
d) G et F
e) I et B
Rép. : 12 V
Rép. : 8 V
Rép. : 10 V
Rép. : 0 V
Rép. : 9 V
Exercice 13
Un conducteur ohmique a une résistance R = 330 Ω ; il est parcouru par un courant d'intensité I = 72 mA.
Rép. : 23,76 V
Calculer la tension U qui existe entre ses bornes.
Exercice 14
La tension mesurée aux bornes d'une résistance vaut 16 V et l'intensité du courant qui la traverse vaut 16 mA.
a) Calculer la valeur de la résistance R.
Rép. : 1 kΩ
b) Comment varie l'intensité du courant si on double la tension aux bornes de la résistance ?
Exercice 15
Que vaut :
a) ...l'intensité I2 du courant passant dans la résistance R2 ?
b) ...la tension U3 aux bornes de la résistance R3 ?
c) ...l'intensité I du courant sortant du générateur ?
d) ...la résistance R1 ?
Rép. : 0,8 A
Rép. : 3,36 V
Rép. : 1,4 A
Rép. : 9,6 Ω
Exercice 16
Dans le circuit ci-contre, la résistance R3 est parcourue par un courant de 12 mA. On néglige la résistance
des fils de connexion. Calculer la tension U0 aux bornes de la source.
Rép. : 78 V
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Exercice 17
Calculer la résistance d'un fil en cuivre de 1 m de longueur et de 0,75 mm2 de section.
Rép. : 0,022 Ω
Exercice 18
Déterminer chacune des résistances si la tension aux bornes du générateur vaut 12 V.
a)
Rép. : R1 = 1 Ω
R2 = 2,67 Ω
R3 = 0,33 Ω
b)
Rép. : R1 = 2 Ω
R2 = 18 Ω
R3 = 9 Ω
Exercice 19
Calculer les résistances équivalant aux résistances de ces portions de circuits.
a)
Rép. : 7,5 Ω
d)
Rép. : 2,4 Ω
b)
Rép. : 10 Ω
e)
Rép. : 7,19 Ω
c)
Rép. : 0,99 Ω
Exercice 20
Déterminer la résistance équivalente à l'association des résistances de la figure ci-dessous.
Rép. : 71,3 Ω
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