En conclusion, le circuit devient :
A
11.1 Tension électromotrice et résistance interne
Un générateur (GN) est à vide lorsque son circuit est ouvert. Dans ce cas il ne débite pas de courant.
Un GN est en charge lorsque son circuit est fermé. Alors il fournit du courant.
Regardons le montage de la figure 211.01. Lorsque le circuit est ouvert le voltmètre placé aux bornes du générateur indique une tension U1. Fermons l’interrupteur, le voltmètre indique une tension U2 plus petite que la tension U1
Figure 210.07
R1
Nous interpréterons ce résultat en appliquons la loi d’Ohm. Lorsque nous fermons l’interrupteur, le générateur débite du courant. La charge doit donc être transportée d’une borne à l’autre, à l’intérieur du générateur lui-même, ce qui ne se fait pas librement. En fait, le générateur résiste au courant qui la parcourt dans un sens ou dans l’autre. Cette résistance interne est un aspect indissociable de tout générateur réel. Nous désignerons cette résistance par Ri.
La tension à vide sera appelée la tension électromotrice (TEM). Nous désignerons cette tension électromotrice par E. (Note : Dans de nombreux ouvrages de physique et d’électrotechnique, la TEM est souvent appelée Force Electromotrice ou fém. Cette dénomination est déconseillée car il n’y a aucune force réellement en action dans ce cas).
Définition
La tension électromotrice (TEM), désignée par E, d’un générateur GN est la tension mesurée à ses bornes en circuit ouvert. Dans ce cas, U = E si I = 0
La TEM est le nombre total de VOLTS prenant naissance à l’intérieur du GN.
La naissance de la TEM (E) est le phénomène fondamental ; la d.d.p. U aux bornes du GN est une conséquence du passage du courant. Lorsque le GN est à vide, la dissymétrie se maintient totalement entre les bornes du GN sans qu’il y ait dépense d’énergie. Aucun courant ne circulant, la TEM du GN apparaît entièrement entre les bornes du GN et U = E.
Faisons maintenant débité une pile dans un circuit composé uniquement d’une résistance. Si nous diminuons la valeur de la résistance, l’intensité du courant débité va augmenter. Nous constatons que la tension U diminue elle-aussi.
Cette diminution est linéaire, ce qui nous permet de déduire que la résistance interne obéit à la loi d’Ohm.
La pente de la droite représente la grandeur de la résistance interne.
(Fig. 211.02)
Nous pouvons donc symboliser un générateur par une tension électromotrice E en série avec une résistance interne Ri. (Fig. 211.03).
Attention, ceci est un schéma idéalisé. Il n’est physiquement pas possible de séparer Ri.
11.2 Expression de la tension U aux bornes du GN
L’existence d’une résistance interne explique qu’un GN qui débite du courant chauffe. Le courant dégage de la chaleur par effet joule.
La puissance électrique consommée par effet Joule dans le GN :
int i C'est de la puissance perdue P R I
La puissance électrique consommée dans le circuit extérieur de résistance R :
Figure 211.01
. C'est la puissance disponible Posons que la puissance totale est
. ou P
P E I E
I
La TEM E est donc égale au quotient de la puissance totale P sur l’intensité I du courant qu’il fournit Nous avons avec cette nouvelle définition :
int
tension réellement disponible aux bornes du GN tension perdue par effet joule dans le GN
.
chute de tension due à sa résistance interne.La relation précédente peut se modifier pour permettre le calcul de l’intensité dans le circuit
i
branché entre les bornes de la batterie indique 12 V quand le circuit est ouvert ?Solution Les deux valeurs sont égales :
Remarques
Si plusieurs résistances sont montées entre les bornes du GN, on les remplace par la résistance équivalente ou résistance totale du circuit.
Exemple
Une résistance R est raccordée aux bornes d’un générateur. La tension aux bornes du générateur est 100 V, sa TEM est 110 V et sa résistance interne 1 . Trouvez le courant et la valeur de la résistance R.
Solution tension aux bornes de la pile ?
Solution
Calculons d'abord l'intensité du courant : 12 2 A 5.9 0.1
On groupe des GN lorsque la puissance demandée par le circuit extérieur est supérieure à celle capable d’être fournie par un GN
11.4.1 Groupement en série
Pôle négatif de chaque GN est relié au pôle positif du suivant par un fil de résistance nulle (Fig. 211.05)
Propriétés
La TEM de l’ensemble est la somme des FEM des différents éléments Dans le cas où tous les éléments ont la même tension e.
Tension électromotrice totale
La résistance interne de l’ensemble Ri est la somme des résistances internes ri des éléments
Emploi : obtention d’une FEM supérieure à celle d’un élément
Figure 211.05
11.4.2 Groupement en parallèle
Les bornes de même nom sont reliées entre elles. (Fig. 211.06) Propriétés
La TEM de l’ensemble est égale à celle d’un élément E = e La résistance interne de l’ensemble :
résistances en //
Emploi : obtention de courant n fois celui débité par chaque GN Exemple
Un récepteur est un appareil qui absorbe de l’énergie électrique et qui la restitue sous une autre forme.
Un récepteur calorifique transforme intégralement en chaleur l’énergie électrique qu’il absorbe.
Les accumulateurs en charge transforment l’énergie électrique en énergie chimique.
Les moteurs en fonctionnement transforment l’énergie électrique en énergie mécanique (et en chaleur perdue)
12.2 Caractéristiques des récepteurs
12.2.1 Résistance interne R’
Comme pour un GN, un moteur en fonctionnement s’échauffe par effet Joule. Ceci est dû à sa résistance interne que l’on notera R’.
12.2.1 Tension contre-électromotrice E’
Expliquons ce que représente cette TCEM par un exemple (Fig. 212.01)
Figure 211.06
Figure 212.01 : (a) Si le générateur débite un courant dans un circuit externe, le courant sort du générateur par la borne positive. De A à B, il y a une chute de potentiel dans ri et U < E
(b) Si le générateur reçoit un courant d’une source extérieur, le courant entre par la borne positive.
En allant de A à B, il y a un accroissement de potentiel dans ri et E < U