Chapitre 0. Cours SPCL - Instrumentation 1re STL
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Signaux électriques et résistance électrique
I. Intensité du courant électrique.
Ci-contre, plus l'intensité I est importante et plus le trait est représenté épais.
Exemple 1 : L'intensité qui vient du générateur (G) et arrive en E, se sépare en deux. Une partie continue vers la résistance (R) et l'autre continue vers G.
Exemple 2 : L'intensité qui vient du haut parleur (HP) et arrive en F, s'ajoute à l'intensité qui vient du moteur (M) et arrive en F. La somme de ces deux intensités continue vers C.
Exemple 3 : L'intensité qui vient de la résistance (R) et arrive en D, ne change pas et continue vers la LED.
Dans un circuit ne comportant qu'un générateur électrique, le courant électrique circule de la borne + vers la borne ‒ du générateur.
Pour être positive, l'intensité du courant électrique est fléchée sortant de la borne + du générateur.
Q1. Flécher les intensités dans les différentes branches du circuit ci-dessus (de façon à ce qu'elles soient positives).
L'intensité I du courant électrique se mesure à l'aide d'un ampèremètre en plaçant l'ampèremètre de façon à ce que le courant entre par la borne mA ou A (et sorte par la borne COM) de l'ampèremètre. L'ampèremètre se branche en série.
La tension électrique aux bornes d'un ampèremètre est (quasiment) nulle.
Si on souhaite une valeur d'intensité positive :
- la flèche de I est dirigée dans le sens positif (sortant de la borne + du générateur) ; - le COM de l'ampèremètre est du côté de la borne ‒ du générateur.
Q2. Représenter les appareils de mesure permettant de mesurer l'intensité du courant du générateur G, du moteur M, du haut-parleur HP et entre les points E et G.
Loi des nœuds : La somme des intensités qui arrivent à un nœud (une intersection) est égale à la somme des intensités qui partent de ce nœud.
Car lorsque l'intensité arrive à une intersection (appelée nœud), elle se répartit dans les différentes branches du circuit électrique.
G +
R
HP
M G +
R1
M
HP
A B
C D E
F G
H I
Montage électrique étudié Visualisation de U et de I
L'intensité I du courant électrique est le débit de charge électrique.
Ici, plus ce débit est important et plus le trait est représenté épais.
La tension électrique U entre 2 points est la différence d'état électrique entre ces deux points.
Ici, plus l'état électrique est important et plus le trait est représenté foncé.
G +
R
HP
M
A B
C D E
F G
H I
Intensité du courant électrique G +
R
HP
M
A B
C D E
F G
H I
dipôle A A
I
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page 2 L'intensité traversant des dipôles en série est la même.
Car il n'y a pas d'intersection.
Q3. Les trois 1ers ampèremètres cités indiquent respectivement 7 A, 2 A et 1 A. Qu'indique le quatrième ? Qu'indiquerait un 5e ampèremètre placé entre le point E et la résistance ?
Q4. Qu'indiquerait un ampèremètre placé au point D ? Et entre le point C et la LED ?
II. Tension électrique.
Ci-contre, plus l'état électrique est important et plus le trait est représenté foncé. La tension électrique U entre deux points du circuit est la différence entre les états électriques de ces deux points.
Exemple 1 : U EC est la différente entre l'état électrique de E (qui est grand) et l'état électrique de C (qui est petit). Cette différence est grande donc la tension U EC est grande.
Exemple 2 : U BI est la différente entre l'état électrique de B (qui est grand) et l'état électrique de I (qui est aussi grand). Cette différence est nulle donc la tension U BI est nulle.
Exemple 3 : U DC est la différente entre l'état électrique de D (qui est moyen) et l'état électrique de C (qui est petit). Cette différence n'est pas très grande donc la tension U DC n'est pas très grande.
Dans un circuit ne comportant qu'un générateur électrique, l'état électrique diminue de la borne + vers la borne ‒ du générateur.
La tension aux bornes d'un fil conducteur est nulle car tous ses points sont dans le même état électrique (différence d'état électrique nulle).
Pour être positive, la tension est fléchée de façon à ce que la pointe de la flèche soit du côté de la borne + du générateur.
Q5. Flécher les tensions aux bornes du générateur, de la LED, de la résistance (de façon à ce qu'elles soient positives).
La tension U AB , entre les points A et B se mesure à l'aide d'un voltmètre en plaçant la borne V du voltmètre du côté de A, c’est-à-dire du côté de la pointe de la flèche de la tension U AB (et la borne COM du côté de B). Le voltmètre se branche en parallèle (on dit aussi en dérivation).
L'intensité du courant électrique traversant un voltmètre est (quasiment) nulle.
Si on souhaite une valeur de tension positive :
- la pointe de la flèche de U est du côté de la borne + du générateur ; - le COM du voltmètre est du côté de la borne ‒ du générateur.
Q6. Représenter les appareils de mesure permettant de mesurer les tensions précédemment fléchées.
Q7. Qu'indiquerait un voltmètre placé entre E et G ?
Loi des mailles : Dans une maille (boucle fermée et orientée par une flèche), la somme des tensions vaut zéro.
C’est-à-dire, la somme des tensions fléchées dans le sens de la maille est égale à la somme des tensions fléchées dans le sens inverse de la maille.
La tension aux bornes de dipôles en parallèle est la même.
Car il la différence d'états électriques est la même car ces dipôles sont dans les mêmes états électriques.
Q8. Les deux 1ers voltmètres cités indiquent respectivement 5 V et 3 V. Qu'indique le 3e voltmètre ? G +
R
M
HP
A B
C D E
F G
H I
Tension électrique
dipôle U AB
V V
A B
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page 3 Q9. Qu'indiquerait un voltmètre placé aux bornes du haut-parleur ? Et aux bornes du moteur ?
III. Résistance électrique.
Le résistor est un dipôle purement résistif, caractérisé par sa résistance R .
Sa caractéristique courant-tension (le lien entre la tension à ses bornes et l'intensité du courant qui le traverse) est U = R × I (avec R en ohms Ω, U en volts V et I en ampères A).
Cette expression est appelée la loi d'Ohm, elle indique que, pour une résistance, l'intensité et la tension sont proportionnels : la représentation de U en fonction de I est une droite passant par l'origine de coefficient directeur (ou pente) R .
Tous les dipôles pour lesquels intensité et tension restent proportionnels se comportent comme des résistors : on dit qu'ils ont un comportement de type ohmique.
La résistance R se mesure à l'aide d'un ohmmètre. Pour mesurer la résistance d'un dipôle, ce dipôle doit être extrait du circuit électrique et l'ohmmètre doit être branché à ses bornes (il ne reste donc plus que le dipôle et l'ohmmètre).
Il n'est pas nécessaire de distinguer les bornes Ω et COM de l'ohmmètre.
I R UR 0
U
I
pente = R R
R Ω
