Physique, Chapitre 9

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Physique, Chapitres 8 PREMIERE S
TRANSFERT D'ÉNERGIE DANS UN CIRCUIT ELECTRIQUE
I – QUELQUES GRANDEURS ELECTRIQUES
1°) présentation d'un circuit électrique
 Un circuit électrique comporte en boucle(s) fermée(s) au-moins un générateur et un récepteur.
 Un dipôle électrique est une portion de circuit électrique comportant deux bornes le connectant au
reste du circuit.
 Deux dipôles sont branchés en série lorsqu’ils ont une borne en commun.
 Deux dipôles sont branchés en dérivation lorsqu’ils ont leurs deux bornes en commun.
 Un nœud est un point de connexion d’au-moins trois dipôles.
 Un ou plusieurs dipôles branchés en série et situés entre deux nœuds constituent une branche.
2°) L'intensité du courant électrique notée I
a) Définition
Un courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charge :
 Les électrons, négatifs, circulent dans les solides ;
 Les ions (négatifs : les anions, et positifs : les cations) circulent dans les solutions électrolytiques.
b) Sens du courant
 Conventionnellement, le courant électrique circule du pôle ………….…. au pôle ……………….., à
l’extérieur du générateur.
 Les porteurs de charge négative (électrons, anions) se déplacent dans ……………………. au sens
conventionnel, tandis que les porteurs de charge positive (cations) se déplacent dans ………………
que le sens conventionnel.
Lorsque le sens de l’intensité d’un courant n’est pas connu ou change au cours du temps, un sens positif
est arbitrairement choisi : cela s’appelle « orienter une branche, ou un circuit ».
Deux cas de figure se présentent alors :
 Si le sens conventionnel est le même que celui de la convention : i > 0
 Si le sens conventionnel est opposé à celui de la convention : i < 0
c) Intensité d’un courant électrique
 L’intensité électrique d’un courant est un débit de charges électriques. Elle est mathématiquement
définie par :
où q correspond à la charge électrique ayant circulé en un point donné pendant une durée t.
d) Comment mesurer une intensité d’un courant électrique
La mesure d’une intensité s’effectue à l’aide d’un ……………………………………………………….
Pour que l’ampèremètre mesure une intensité positive, le courant doit pénétrer par sa borne ROUGE
(borne A ou mA) et sortir par sa borne NOIRE (borne marquée COM).
I > 0
B
C
D
A
COM
A

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D3
I3
I4
D2
I2
D1
I1
dipôle
B
A
dipôle
B
A
UAB
UBA
e) Les lois des intensités
Loi d’unicité des intensités pour des dipôles placés en série
Lorsque des dipôles sont placés en série, l’intensité du courant qui les traverse est la même :
Loi d’additivité des intensités ou loi des nœuds pour des dipôles placé en dérivation
La somme des intensités des courants des branches qui arrivent à un nœud est égale à la somme des
intensités des courants des branches qui en partent :
3°) La tension électrique notée U
a) Définition
La tension UAB (en volt) entre deux points quelconques A et B est égale à la différence de potentiel
(différence d’état électrique) qui existe entre ces deux points. Soit
b) Comment représenter une tension sur un schéma électrique ?
On utilise une flèche, appelée flèche tension, dont la pointe est dirigée vers la PREMIÈRE lettre citée.
Le sens de la flèche tension ne permet pas de connaître le sens du courant électrique.
c) Propriété
La tension électrique est une grandeur algébrique, c’est-à-dire qu’elle peut prendre des valeurs positives
comme négatives :
- Si VA > VB alors VA - VB > 0 soit UAB > 0,
et le courant circule du point A au point B.
- Si VA < VB alors VA - VB < 0 soit UAB < 0,
et le courant circule du point B au point A.
d) Comment mesurer une tension électrique ?
La tension électrique aux bornes d’un dipôle se
mesure à l’aide d’un ………………………………….
avec ce dipôle.
Contrairement à une tension électrique, un potentiel
électrique ne peut être mesuré.
D2
I2
D1
I1
D4
I4
D3
I3
VA : potentiel ou état électrique du point A (en volt)
VB : potentiel ou état électrique du point B (en volt)
UAB > 0
UBA < 0
I > 0
UAB < 0
UBA > 0
I < 0
I > 0
I > 0
A
B
D
UAB
A
B
D
UAB

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e) Les lois des tensions
Loi d’additivité des tensions pour les dipôles placé en série
Lorsque des dipôles sont placés en série, la tension électrique aux bornes d’un groupe de dipôles est égale
à la somme de la tension électrique aux bornes de chacun d’eux :
Rq. : Cette loi s’utilise pour une branche comme pour une boucle fermée d’un circuit.
Loi d’unicité des tensions pour les dipôles placé en dérivation
La somme des intensités des courants des branches qui arrivent à un nœud est égale à la somme des
intensités des courants des branches qui en partent :
f) Potentiels électriques dans un circuit
Seule une tension électrique peut être mesurée. Mais des potentiels électriques peuvent être déterminés si
en un point la valeur du potentiel est arbitrairement prise comme nulle : ce point de référence est appelé la
masse du circuit et se note par le symbole
Exemple : UPN = 5 V
Dans un circuit, la borne négative du générateur constitue la masse du circuit.
Évolution des potentiels électriques le long d’un circuit série :
Rq. 1 : Le potentiel électrique est constant le long d’un fil électrique. Autrement dit, la tension électrique
aux bornes d’un fil électrique est nulle.
Rq. 2 : Le pôle positif d’un générateur constitue le point d’un circuit ayant le potentiel électrique le
……………………, tandis que son pôle négatif constitue son point au potentiel électrique le
…………………………...
Rq. 3 : Le courant électrique circule conventionnellement du pôle positif au pôle négatif à l’extérieur du
générateur : ……………………………………………………………...
D2
D1
D3
UGH
A
UCF
UAB
C
G
B
F
H
D3
D2
D1
A
B
C
F
UAB
UBC
UCF
UAF
N
P
+
-
D3
D2
D1
A
B
C
F
G
x
Vx
P A B C F G N P
UPA = 0 V
UAB = 2 V
UBC = 1 V
UCF = 2 V
UFG = 0 V
UGN = 0 V

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II – LES GENERATEURS ELECTRIQUES
1°) Un cas très théorique : notion de générateur idéal de tension
a) Définition :
b) Schéma conventionnel :
c) Caractéristique intensité – tension :
2°) Un cas plus réaliste : le générateur de type pile
a) Définition :
b) Schéma conventionnel :
c) Caractéristique intensité – tension :
La caractéristique a pour équation générale :
y = a.x + b avec a < 0 soit ici : UPN = E – r.I avec r > 0
où E est la f.é.m. du générateur, c’est-à-dire la tension présente entre ses bornes lorsqu’il ne débite pas de
courant et r la résistance interne du générateur (r > 0)
d) Modélisation des générateurs
Un générateur réel peut être assimilé à l’association
d’un générateur idéal de tension de force
électromotrice E et d’un conducteur ohmique de
résistance r :
D’après la loi d’additivité des tensions :
Rq. : Les conventions générateur pour le générateur et récepteur pour le conducteur ohmique sont
respectées.
I (A)
UPN (V)
Imax
0
E
I > 0
P
N
UPN
I (A)
UPN (V)
Imax
0
E
I > 0
P
N
UPN
Rq. : Dans la convention dite générateur, les
flèches intensité et tension sont de même
sens.
UPN = E
Imax est l’intensité maximale délivrable par le
générateur.
Rq. : Dans la convention dite générateur,
les flèches intensité et tension sont de
même sens.
UPN = E
Imax est l’intensité maximale délivrable par
le générateur.
UBC
A
B
UAB
I
P
r
C
N
I
UPN

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3°) Étude énergétique d’un circuit électrique
a) Définition
b) Puissance électrique fournie par un générateur
Définition :
La puissance du transfert énergétique quittant un générateur est définie par :
Limite de fonctionnement
Un générateur ne peut maintenir entre ses bornes une tension
constante ou quasi-constante pour une intensité supérieure à IMax : le
couple (E ;IMax) permet de définir la puissance maximale que peut
fournir le générateur : (Pél)Max = E.IMax Cette valeur est fournie par
le constructeur du générateur.
c) Énergie fournie par travail électrique
Définition
Interprétation
La relation précédente peut aussi s’écrire : E.I.t = Wél + r.I2.t
 Le terme E.I.t correspond à l’énergie utilisée par le générateur pour effectuer le transfert ;
 Le terme Wél correspond à la part d’énergie utilisée par le générateur et transformée réellement pour
créer un courant électrique dans le circuit extérieur ;
 Le terme r.I2.t correspond à la part d’énergie utilisée par le générateur et non transformée réellement
pour créer un courant électrique dans le circuit extérieur. Elle échauffe en fait le générateur lorsqu’il
est parcouru par le courant créé et peut être considérée comme la part d’énergie « perdue ».
Exemples :
 Pour une pile, le terme E.I.t correspond à l’énergie interne U transformée lors du déroulement de la
réaction chimique d’oxydoréduction.
 Pour une dynamo, le terme E.I.t correspond au travail mécanique W reçu par le système lors de la
rotation du galet en contact avec la roue.
 Pour une photopile (ou cellule photovoltaïque), le terme E.I.t correspond au travail par rayonnement
Wray reçu par le système et servant à produire un courant électrique.
III – LES RECEPTEURS ELECTRIQUES
1°) Cas général
a) Définition :
I > 0
P
N
UPN > 0
I (A)
UPN (V)
Imax
0
E