Chapitre 1 : Intensité et tension (partie du A.1.1 du programme officiel)
Approche expérimentale (TP) Prérequis de collège
Objectifs :
n°1 réfléchir (comme pour toutes les activités à venir)
Dessiner le schéma du montage des mesures, avec mention de la position des appareils de mesure (le schéma de principe et les conditions de mesures étant donnés).
Câbler un circuit électrique contenant des composants connus, d’après un schéma donné.
Respecter les conditions de sécurité :
mise en service de l’alimentation après vérification du montage,
coupure de l’alimentation avant toute intervention manuelle dans le circuit.
Maîtriser l’emploi des appareils de mesures suivants : ampèremètre, voltmètre.
vérifier si le branchement d’un appareil de mesure apporte ou non une perturbation au fonctionnement d’un montage,
donner la valeur algébrique correspondant à une mesure réalisée avec un appareil numérique ou analogique.
I- Loi des nœuds Partie 1
Nommer les éléments du circuit.
Faire le montage.
Que se passe-t-il lorsqu’on allume le générateur ? Qu’est-ce qui produit la lumière ?
Explication courant et tension (analogie dénivelé avec exemple concret de l’Yonne et son île pour les nœuds)
Que devient le courant qui passe dans la première lampe ? Vérifier par la mesure.
Flécher les courants, à quoi correspondent les mesures effectuées ? Partie 2
Que se passe-t-il lorsqu’on ajoute une résistance en série avec une lampe ? Expliquer.
II- Loi des mailles
Qu’est-ce qu’une tension ? (analogie courant rivière yonne) capacité à capter les électrons Reprendre le montage précédent et identifier les mailles.
Mesurer les tensions des dipôles et trouver une loi expérimentale.
Cours
Objectifs :
Définition de l’intensité du courant (i = q/t). Convention d’orientation pour algébriser courant et tension.
Loi des mailles, loi des nœuds.
I- Circuits électriques 1/ Définition
Un circuit électrique est composé d’une source d’énergie (générateur), d’un convertisseur d’énergie (récepteur), d’un transporteur d’énergie électrique (fils de liaisons)
2/ Vocabulaire schéma
Un dipôle est un élément de circuit comportant 2 bornes.
Un nœud est une connexion qui relie plus de deux dipôles.
Une branche est une portion de circuit comprise entre 2 bornes ou deux nœuds.
Une maille est un ensemble de branches formant un chemin fermé.
Deux dipôles sont en série s’ils sont parcourus par le même courant.
Deux dipôles sont en dérivation (parallèle) s’ils sont compris entre deux nœuds.
II- Intensité 1/ Définition
La matière est électriquement neutre mais elle est composée d’éléments positifs et d’éléments négatifs.
Un générateur est « une pompe » à électrons : ces électrons parcourent alors le circuit de la borne moins du générateur vers sa borne + : c’est le courant électrique.
Le sens conventionnel du courant électrique est opposé au sens de déplacement des électrons.
Chaque électron transporte une quantité d’électricité, e = 1,6.1019C (coulombs)
L’intensité dans un circuit électrique est le « débit » de la quantité d’électricité : I = q/t en courant continu avec I l’intensité du courant exprimée en ampère (A), q la quantité d’électricité qui passe en une durée de t. Le courant est continu lorsque l’intensité de change pas.
Lorsque le courant est quelconque on note la définition de l’intensité : i=dq/dt avec i en A, q en C et t en s.
Exemple : une batterie délivre une intensité constante de 10A pendant 5s, quelle quantité d’électricité fournit-elle ? Remarque : les électrons ne sont pas les seuls transporteurs d’électricité ions dans les liquides et les gaz.
2/ Représentation et mesure
Le sens de l’intensité est choisi arbitrairement. Si celle-ci correspond au sens réel du courant alors elle est positive sinon elle est négative.
L’intensité se mesure avec un ampèremètre placé en série : il est branché tel que l’intensité entre par la borne + et sort par la borne COM. schéma
Remarque en continu : le mode est DC 3/ Loi des nœuds
La somme des intensités entrant dans un nœud ou un appareil est égale à la somme des intensités sortant.
exemples : R+R//R, R//R+R//, 5 branches III- Tension
1/ Définition
L’unité de la tension est le volt (V).
La tension est une différence de potentiels.
Le potentiel est la capacité à capter des électrons.
Exemple : uAB=VA-VB
2/ Représentation et mesure
La tension se représente par une flèche dont la pointe correspond à la première lettre des indices.
La tension se mesure au voltmètre qui se place en dérivation. La borne COM correspond au bas de la flèche et la borne + à la pointe de la flèche. schéma
3/ Loi des mailles
Choisir un sens de parcours arbitraire.
Les tensions sont comptées positivement si elles sont dans le sens du parcours et négativement dans le cas contraire.
La somme algébrique des tensions est nulle.
exemple
4/ Loi d’additivité des tensions (loi des branches) uAC=uAB+uBC
schéma
Exercices sur intensité et tension source Maazi (Nathan technique)
Objectifs : appliquer la loi des mailles, la loi des nœuds à des circuits linéaires simples, limités à deux mailles indépendantes, contenant des dipôles actifs et passifs.
Exercice 1
Exercice 2
Exercice 3
Exercice 4
Exercice 5
Exercice 6
Exercices complémentaires sources fisik.free.fr
I2 I1
I3 A
Evaluation : Chap1 Intensité et tension Exercice 1
I2= –2A et I3= –500mA 1) Ecrire la loi des nœuds en A.
2) Calculer I1.
Exercice 2
1) Quelle est la valeur de la tension E ?
2) Ecrire la loi des mailles dans la maille A, B, C, D, A.
3) En déduire la valeur de la tension U.
4) Les points C et D sont « mis à la terre ».
Quelles sont les valeurs des potentiels électriques VD et VC ?
5) En déduire les valeurs des potentiels électriques VA et VB des points A et B.
Exercice 3
1) Indiquer les polarités des appareils de mesure de façon à mesurer, U, I, I1 et I2. 2) I=0,5A et I2=0,3A. Calculer l’intensité I1.
Exercice 4
1) Ecrire la loi des mailles dans la maille A, B, E, F, A.
2) Ecrire la loi des mailles dans la maille B, C, D, E, B.
3) Additionner les deux lois des mailles précédentes et écrire la relation obtenue.
UCD
UBE
UAF
UBA UBC
A B C
E D F
A B
D C
E 9V U
I
9V U
A
V A 1
A 2 I1 I2
4) Ecrire la loi des mailles dans la maille A, B, C, D, E, F, A.
5) Comparer.
Exercice 5
VE=5V ; VS= 10V ; VH=UHM=15V ; VL=ULM= 15V ; =0 Calculer les tensions u1, u2, UEL.
Exercice 6
1) i1=2,1A et i2= –1,2A Déterminer i et i3.
2) E=15V et u2= 6V Déterminer u3 et u1.
Exercice 7
E0=12V ; UBE=0,8V ; UCE=5V ; UAB=10V; IC=5mA ; IB=0,1mA Déterminer IE , UEM et UCD.
E u2
u1
u3
i3
i1 i2
i R1
R2 R3
A D
B C
E
M RB
RC
RE
E0 IB UCE
UBE
IC C
IE C
