Chap4

Chap 4 : Comment chauffer avec des appareils électriques ?
Objectifs p91
I- Tension et intensité électriques (4ème)
1- La tension électrique
La tension électrique, notée U, entre deux points A et B d'un circuit correspond à une différence de
potentielle (ddp) : uAB= VA – VB.
Elle s'exprime en volts (V). Elle se mesure avec un voltmètre placé en dérivation dans le circuit.
On sélectionne toujours le calibre le plus élevé et ensuite le mieux adapté.
Pour mesurer la tension UAB, on place la borne V en A et la borne COM (commune) en B.
Une tension est une valeur algébrique, elle peut être positive ou négative : uAB = VA – VB = -uBA
Elle est représentée par un segment fléché, la pointe de la flèche est dirigée vers la borne A ;
2- L'intensité électrique
L'intensité électrique du courant, notée i, dans un conducteur est un débit charges :
i= dq/dt (dq : quantité d'électricité en coulomb, C ; dt : durée en secondes)
Elle s'exprime en ampères, A. Elle se mesure avec un ampèremètre placé en série.
Lorsqu'on utilise un ampèremètre, il faut « ouvrir » le circuit pour pouvoir l'intégrer.
On utilise aussi d'abord le calibre le plus élevé.
Le courant entre dans la borne A ou mA et sort par la borne COM.
Pour un courant continu, l'intensité est constante.
Le sens conventionnel du courant est choisi dans le sens des porteurs de charges positives.
Schéma au tableau.
II- Résistance d'un appareil chauffant
L'élément chauffant d'un thermoplongeur est un conducteur ohmique appelé couramment « résistance ».
1- Caractéristique intensité-tension d'un conducteur ohmique
La caractéristique intensité-tension d'un conducteur ohmique est un segment de droite [OM].
L'intensité et la tension sont donc deux grandeurs proportionnelles.
2- La loi d'Ohm
Le coefficient de proportionnalité entre U AB et I (est égal au coefficient directeur de la droite (OM) est la
résistance ohmique : UAB(V) = R()x I(A)
Cette résistance peut se mesurer directement avec un ohmmètre, en électronique, un code des couleurs le
permet.
3- Puissance électrique
* La puissance électrique se mesure avec un wattmètre.
La puissance électrique P fournie par le générateur au récepteur est :
P(W) =U(V) x I(A) = RI²= U²AB/R
* Le constructeur prévoit une puissance maximale PMAX que l'on ne doit pas dépasser sans risquer la
destruction du dipôle.
* Convention récepteur : le dipôle reçoit de la puissance P<0
Convention générateur : le dipôle fournit de la puissance P>0
4- Énergie Joule
Un conducteur ohmique convertit intégralement en chaleur l'énergie électrique qu'il reçoit.
L'énergie EJ dissipée en chaleur pendant la durée Dt, ou énergie Joule est donnée par :
Px Dt = RI² x Dt = U²AB x Dt /R
Elle se mesure en joule, avec un compteur d'énergie ou un joulemètre de laboratoire.
EJ =
III- Étude d'un appareil chauffant en régime sinusoïdal
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Tous les résultats précédents sont valables en
régime sinusoïdal à condition d'utiliser dans les
relations les valeurs efficaces de la tension
(Ueff) et de l'intensité du courant (Ieff).
Ueff= Umax/√2
Imax= Ieff/√2
Sur le graphique, on constate que la tension
u(t), varie entre deux valeurs extrêmes : UMAX
(Û) et UMIN (-Û)→ UMAX = - UMIN
On utilise la voltmètre et l'ampèremètre en
mode alternatif (AC).
On lit sur l'oscilloscope Û et sur le voltmètre
Ueff.
IV- Lois sur les intensité et les tensions
En classe de 4ème, nous avons établi des lois en régime continu : la loi d'additivité et la loi d'unicité ;
Ces lois sont aussi valables en régime sinusoïdal à condition que le circuit ne comporte que des résistances et
des lampes à incandescence.
Un nœud est une connexion permettant de relier plusieurs dipôles.
Une branche est une partie du circuit située entre deux nœuds consécutifs.
1- Lois sur les intensités
Considérons le montage suivant comportant 2 nœuds A La branche principale contient TOUJOURS le
et B et 3 branches reliant ces nœuds.
générateur.
→ La loi d'unicité de l'intensité : I=I' ; l'intensité
électrique est la même en tout point d'une branche.
→ La loi des nœuds : On constate que I=I1 + I2 ;
La somme des intensités des courants arrivant à un
nœud est égale à la somme des intensités des
courants qui en repartent.
2- Lois sur les tensions
Considérons le montage suivant :
→ On constate que : UBD = UBC +UCD (relation de Chasles
en Mathématiques)
La loi d'additivité des tensions : la tension entre les
bornes de dipôles montés en série est égale à la
somme des tensions aux bornes de chacun d'entre
eux.
→ Loi des mailles :
1) Choisir un sens de parcours arbitraire de la
maille (chemin fermé)
2) Parcourir la maille dans le sens choisi : si on
rencontre la flèche de la tension par la pointe,
la tension est affectée du signe + ; sinon elle
sera affectée du signe -.
3) La somme algébrique des tensions est égale à 0.
Loi des nœuds :
Loi des mailles :