(pgb17) courant éléctrique et résistance

(pgb17) courant éléctrique et résistance

● Courant électrique

– Intensité I : nombre de

charges par unité de temps (unité Ampère : A = C/s)

● Générateurs à potentiel chimique

– Cellules voltaíques en série (pile) : les potentiels

s’additionnent

– Anguille électrique

● Résistance et loi d'Ohm

● Puissance électrique

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QCM

Parmi ces deux circuits, lequel a-t-il la plus grande puissance ?

A B

QCM (réponse)

Parmi ces deux circuits, lequel a-t-il la plus grande puissance ?

Pour les deux circuits, le générateur fournit une tension constante V quel que soit le courant.

La puissance est P = IV et le courant est I = V/R → à tension constante V, le courant (et aussi la puissance) est plus fort pour une plus petite résistance.

Cas A: P = IV = V²/R = V²/(1 kΩ)

A B

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(pgb18) Circuits

● Résistance interne d'un génerateur r

– Ɛ, ou fem, est la tension aux bornes du générateur lorsqu'il ne débite aucun courant

– Fin de vie d'une pile: les charges ne passent plus, la pile a une grande résistance interne

● Lois de Kirschoff

– Le courant est conservé:

– La tension est conservée:

I₁ – I₂ + I₃ – I₄ + I₅ = 0 V₀ – V₁ – V₂ – V₃ = 0

(pgb18) Circuits

● Résistance équivalente

– En série:

– En parallèle:

● Circuit RC, décharge d'un condensateur

constante de temps

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QCM

Quelle est la résistance équivalente ? A) 50 Ω

B) 100 Ω C) 150 Ω D) 200 Ω

QCM (réponse)

Quelle est la résistance équivalente ? A) 50 Ω

B) 100 Ω C) 150 Ω D) 200 Ω

On peut remplacer les deux résistances de 50 Ω en série par une seule résistance de 50 Ω + 50 Ω = 100 Ω.

Ensuite on a deux résistances de 100 Ω en parallèle, et la résistance équivalente est donc 1/(1/100Ω+1/100Ω) = 1/0.02 Ω = 50 Ω.

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QCM

Dans le circuit (2), le courant débité par le générateur est : A) Le même

B) Deux fois plus faible C) Deux fois plus élevé

(1) (2)

QCM (réponse)

Dans le circuit (2), le courant débité par le générateur est : A) Le même

B) Deux fois plus faible C) Deux fois plus élevé

Dans les deux cas, la tension aux bornes des résistances est V. Ainsi le courant traversant chaque résistance est le même, I = V/R.

Par conservation du courant (loi des noeuds), le courant débité par le générateur pour le circuit (2) doit donc être 2I.

(1) (2)

I I I

2I

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QCM

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

QCM (réponse 1)

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

Sachant que e^-1 = 0.37, à un temps t = RC après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :

C) Zéro D) 0.37·Imax

E) 0.63·Imax

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QCM (réponse 2)

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

Sachant que e^-1 = 0.37, à un temps t = RC après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :

C) Zéro D) 0.37·Imax

E) 0.63·Imax

En effet, le courant en fonction du temps vaut : Et donc il vaut V₀/R·e^-1 lorsque t = τ = RC.

(pgb19) Magnétisme

● Le champ magnétique B est produit par des charges électriques en mouvement

● Un dipôle magnétique (aimant) dans un champ magnétique subit une force qui l'aligne le long du champ: pôles opposés s'attirent, pôles semblables se repoussent

● Le champ magnétique terrestre

● Les électrons autour des atomes dans la matière constituent de minuscules dipôles magnétique de moment magnétique dipolaire

● Champ magnétique produit par un courant (électro-aimant)

– Fil droit

– Bobine

– solénoïde

N S

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(pgb19) Loi d’Ampère, force de Lorentz

● Loi d'Ampère

● Champ d'un fil, champ d'un solenoïde (démontrés avec la loi d'Ampère)

● Force de Lorentz

● Trajectoire d'une particule chargée dans un champ magnétique

● Force magnétique sur un fil

● Moteur électrique

QCM

La force exercée sur le fil : A) Est nulle

B) Va vers le haut C) Va vers le bas D) Va vers la droite E) Va vers la gauche F) Sort de la page

G) Rentre dans la page

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QCM (réponse)

La force exercée sur le fil : A) Est nulle

B) Va vers le haut C) Va vers le bas D) Va vers la droite E) Va vers la gauche F) Sort de la page

G) Rentre dans la page

Le courant (les charges positives) vont vers le haut et le champ magnétique va vers la gauche, ainsi la main droite donne une force qui sort de la page.

(pgb20) Loi d'induction de Faraday

La force électromotrice (fem, Ɛ) induite dans une spire est proportionnelle à la variation dans le temps du flux magnétique la traversant :

Champ électrique sur la longueur de la spire (chemin fermé)

Variation du flux magnétique à travers la surface de la spire

Tension induite sur un tour

Le signe négatif traduit la loi de Lentz : le champ induit (tension induite, courant

N spires de même surface:

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(pgb20) Variations de flux magnétique

1) le champ magnétique B change

2) la

surface A change

Flux magnétique Φ_M : nombre de ligne de champ B traversant une surface A

3) l'angle entre B et la normale à A change

QCM

Dans quelles boucles un courant est-il induit, et dans quel sens ?

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QCM (réponse)

Dans quelles boucles un courant est-il induit, et dans quel sens ?

B constant -dΦ_M/dt = 0

B constant, A constante -dΦ_M/dt = 0

B augmente -dΦ_M/dt < 0

Courant induit sens horaire

B diminue -dΦ_M/dt > 0

Courant induit sens anti-horaire

(pgb20) Courant alternatif, transformateur

Générateur de tension alternative (ou courant alternatif) : on fait tourner une bobine de N tours et surface A à vitesse angulaire ω dans un champ

magnétique B

Transformateur :

Tension alternative primaire V_p Tension alternative secondaire V_s

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(pgb20) Inductance

● Inductance L : aptitude à emmagasiner un champ magnétique

● Inductance d'un solenoïde

● Fem auto-induite

● Circuit RL

constante de temps

● Énergie du champ magnétique (champ électrique)

Charge d'une bobine

QCM

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

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QCM (réponse 1)

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

Sachant que e^-1 = 0.37, à un temps t = L/R après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :

C) Zéro D) 0.37·Imax

E) 0.63·Imax

QCM (réponse 2)

Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :

A) Nul

B) Maximum, de valeur Imax = V₀/R

Sachant que e^-1 = 0.37, à un temps t = L/R après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :

C) Zéro D) 0.37·Imax

E) 0.63·Imax