LES LOIS GÉNÉRALES ÉLECTRIQUES

LES LOIS

GÉNÉRALES ÉLECTRIQUES

NOM : _________________________________

PRENOM : _____________________________

CLASSE : ________________

SOMMAIRE

1 LE RÉSISTOR page 3

2 LA RESISTANCE page 4

3 MESURE DIRECTE D’UNE RESISTANCE page 5

4 MESURE VOLTAMPÈREMÉTRIQUE D’UNE RESISTANCE page 6

5 GROUPEMENT DE RESISTANCES EN SERIE page 7

6 GROUPEMENT DE RESISTANCES EN PARALLELE page 8

7 LA PUISSANCE page 9

8 LA MESURE DE LA PUISSANCE page 10

9 L’ENERGIE page 11

10 LA MESURE DE L’ENERGIE page 12

11 EXERCICES de page 13 à 16

LE RÉSISTOR

DEFINITION D’UN RÉSISTOR

Un résistor est l’élément chauffant d’un récepteur électrique purement thermique.

Un résistor est également un dipôle passif non polarisé qui fonctionne en courant continu comme en courant alternatif.

Exemples : La résistance d’une plaque de cuisson électrique, la résistance d’un ballon d’eau chaude, la résistance d’un fer à repasser ou encore un plancher chauffant électrique.

Le résistor a pour objectif unique de transformer l’énergie ELECTRIQUE en énergie THERMIQUE.

Cette transformation de l’énergie électrique en chaleur est appelée l’EFFET JOULE.

RESISTANCE D’UN PLANCHER CHAUFFANT ELECTRIQUE

RESISTANCE D’UNE PLAQUE DE CUISSON

RESISTANCE D’UN FER A REPASSER

RESISTANCE D’UN BALLON D’EAU CHAUDE

ENERGIE ELECTRIQUE

ENERGIE THERMIQUE

(Chaleur)

RÉSISTOR

R

SYMBOLE D’UN RÉSISTOR

L

N

LA RESISTANCE D’UN RÉSISTOR

DEFINITION DE LA RESISTANCE

La résistance d’un résistor est son aptitude à ralentir le passage du courant. Elle est symbolisée par la lettre «

R

Ω

CALCUL DE LA RESISTANCE D’UN RÉSISTOR

U : Tension aux bornes de la résistance en Volt (V) I : Intensité en Ampère (A) qui traverse la résistance R : Valeur en ohm ( Ω ) de la résistance

Exercices:

Appliquer la formule R =U / I pour déterminer la résistance en ohm de chaque appareil:

EXERCICES ➤ FAIRE LES EXERCICES DE 1 A 5 PAGE 13

R = U I

APPAREILS TENSION (V) INTENSITE (A) RESISTANCE EN RESISTANCE EN ΩΩ

GRILLE-PAIN 230 V 1,76 A 130 Ω

FER A REPASSER 230 V 5,75 A 40 Ω

RADIATEUR ELECTRIQUE 230 V 9,2 A 25 Ω

CHAUFFE-EAU 230 V 11,5 A 20 Ω

MESURE DIRECTE D’UNE RÉSISTANCE

(hors tension)

L’appareil qui mesure directement la résistance d’un résistor est l’OHMMÈTRE . Un MULTIMETRE numérique comporte toujours une fonction ohmmètre : « Ω ».

La mesure se fait toujours en plaçant le résistor :

- hors tension,

- déconnecté,

- entre les deux bornes de l’appareil de mesure.

R

Fonction Ohmmètre (Ω)

130

Mesure toujours hors tension

MESURE VOLTAMPÈREMÉTRIQUE D’UNE RÉSISTANCE

(sous tension)

La mesure voltampèremétrique consiste à mesurer la tension et l’intensité qui passent dans la résistance sous tension. Pour cela, nous utiliserons un VOLTMETRE branché en parallèle, pour mesurer la TENSION et un AMPEREMETRE branché en série pour mesurer L’INTENSITE.

La mesure de U et de I permet de calculer ensuite la résistance R, en appliquant la formule R = U / I

25

+

R i

U A

V

GRANDEURS SYMBOLE DE LA

GRANDEUR UNITES SYMBOLE DE L’UNITESYMBOLE DE L’UNITE

TENSION

U

V

RESISTANCE

R

Ω

COURANT

I

A

GROUPEMENTS DE RÉSISTANCES EN SÉRIE

Les résistors sont montés les uns à la suite des autres en série, ils sont donc traversés par le même courant I.

Re = Résistance équivalente Ue = Tension équivalente

I = Intensité traversant la résistance

LOI DU GROUPEMENT EN SERIE

Dans un groupement de résistances en série, la résistance équivalente est égale à la somme des résistances.

Re = R1 + R2 + R3 Ue = U1 + U2 + U3

A

B

R1 R2 R3

U2

U1 U3

A

B

Re Ue Montage équivalent

Ue Re = I

En série le courant I est commun

EXERCICES ➤ FAIRE LES EXERCICES 6 et 7 PAGE 14

GROUPEMENTS DE RÉSISTANCES EN PARALLÈLE

Les résistors sont montés en parallèle, ils sont soumis à la même tension.

Re = Résistance équivalente U = Tension

Ip = Courant principal I1 , I2, I3 = Courants dérivés

LOI DU GROUPEMENT EN PARALLÈLE

Dans un groupement de résistances en parallèle, la résistance équivalente est égale au PRODUIT des résistances divisé par la SOMME des résistances.

I

= I

+ I

+ I

En parallèle la tension U est commune

Ip

A R2 B

U R1

R3

I1

I²

I3

Ip

Ip

A B

Re U

Montage équivalent

I¹= U R1

I²= U R2

I3= U R³

U I ^p

Re = Re = R ¹

+

x R ^{2 x} R ³ R ¹ R ^{2 +} R ³

1

Re = 1 + R1

1 R2

1 R3

+ = R^{1 +} R^{2 +} R³ R1 . R2. R3

EXERCICES ➤ FAIRE LES EXERCICES 8 et 9 PAGE 15

LA PUISSANCE

DEFINITION DE LA PUISSANCE

La puissance électrique que l’on note souvent P et qui a pour unité le Watt (W), est le

produit de la tension électrique en (V) et de l’intensité du courant électrique en (A) pour des appareils purement résistifs.

CALCUL DE LA PUISSANCE

U : Tension en Volt (V) I : Intensité en Ampère (A) P : Puissance en Watt (W)

Cette relation est appelée LOI DE JOULES

TRANSFORMATION DE LA FORMULE

Remplaçons U par RI (loi d’ohms U=RI) U = RI

P = U x I P = RI x I P = R x I² Exercices:

Appliquer les formules pour déterminer la puissance en W de chaque appareil:

P = U ^x I

APPAREILS U I RR P=UI P= RI²

GRILLE-PAIN 230 V 1,76 A 130 Ω 404 W 403 W

FER A REPASSER 230 V 5,75 A 40 Ω 1322 W 1322 W

RADIATEUR ELEC 230 V 9,2 A 25 Ω 2116 W 2116 W

CHAUFFE-EAU 230 V 11,5 A 20 Ω 2645 W 2645 W

P = R ^x I ²

EXERCICES ➤ FAIRE L’EXERCICE 10 PAGE 16

MESURE DE LA PUISSANCE

L’appareil qui mesure directement la puissance en Watt (W) est

le WATTMETRE . Cet appareil a une dérivation propotionnelle au produit UI=P

U : Tension aux bornes de la résistance R en Volts (V) I : Intensité en Ampère (A)

R : La résistance G: Le générateur

Il est possible également, pour obtenir la puissance P, d’utiliser la méthode de mesure voltampèremétrique. Puis réaliser le calcul avec la formule P=UI.

25

R

I ¹

W

3 4

+ G

-

U

25

R i

U A

V +

G

-

L’ ENERGIE

DEFINITION DE L’ENERGIE

L’énergie électricité que l’on note W, est le résultat de la puissance multipliée par le temps.

Elle s’exprime en Watt-heure (Wh) ou Kilowatt-heure (kWh) mais également en Joule (J) sachant que 1Wh = 3600J

CALCUL DE LA PUISSANCE

W : Energie en Watt-heure (Wh) t : Temps en heure (h)

P : Puissance en Watt (W)

TRANSFORMATION DE LA FORMULE Remplaçons P par UI (loi de joules P=UI) ou encore P par RI²

P = UI P= RI² W = UI x t W = RI² x t

W : Energie en Watt-heure (Wh) t : Temps en heure (h)

U : Tension en Volt (V) I : Intensité en Ampère (A)

Exercices:

Appliquer les formules pour déterminer l’énergie en W de chaque appareil:

W = P ^x t

W = UI ^x t

APPAREILS U I t RR P W =UIt W=RI²t

GRILLE-PAIN 230 V 1,76 A 5 min 130 Ω ^{404 W} 34 Wh 33,6 Wh

FER A REPASSER 230 V 5,75 A 1 h 40 Ω ^{1322 W} 1322 Wh 1322 Wh

RADIATEUR ELEC 230 V 9,2 A 2h 25 Ω ^{2116 W} 4232 Wh 4232 Wh

CHAUFFE-EAU 230 V 11,5 A 6h 20 Ω ^{2645 W} 15 870 Wh 15 870 Wh

W = R I ^{2 x} t

EXERCICES ➤ FAIRE L’EXERCICE 11 PAGE 16

LA MESURE DE L’ ENERGIE

L’énergie électrique se mesure avec un COMPTEUR WATTHEUREMÈTRE

ANCIEN MODELE NOUVEAU MODELE

Sur le compteur Wattheuremètre on peut lire les renseignements suivants:

- Différence de potentiel ou d.d.p : 230V - Courant :15 A

- Energie enregistrée pour un tour de disque : 3,6 Wh - Fréquence : 50Hz

Le compteur est installé par le fournisseur d’électricité puis relevé régulièrement pour établir la facturation.

EXERCICES

EXERCICE N°1

Calculer la résistance d’un circuit ayant une tension de 230 V et un courant de 5 A . R=U/I

R = 230 / 5 R= 46 Ω

EXERCICE N°2

Calculer la résistance d’un circuit ayant une tension de 120 V et un courant de 15 A . R=U/I

R = 120 / 15 R= 8 Ω

EXERCICE N°3

Calculer l’intensité d’un circuit ayant une tension de 50 V et une résistance de 30 Ω . I=U/R

I = 50 / 30 I= 1,66 A

EXERCICE N°4

Calculer l’intensité d’un circuit ayant une tension de 400 V et une résistance de 320 Ω . I=U/R

I = 400 / 320 I= 1,25 A

EXERCICE N°5

Calculer la tension d’un circuit ayant une résistance de 22 Ω et un courant de 10A.

U=RI U = 22 X10 U= 220 V

EXERCICES

EXERCICE N°6

Déterminer la résistance équivalente et l’intensité entre A et B du circuit suivant:

Ue = 16 + 40 + 100 = 156 V Re = 8 + 20 + 50 = 78 Ω I = Ue / Re = 156 / 78 = 2A

EXERCICE N°7

Calculer la tension aux bornes de chaque résistance.

U1 = 5 x 5 =25V U2 = 40 x 5 =200V U3 = 120 x 5 = 600V

A

B

8

20

50

U2 =40V

U1 =16V U3 =100V

I = 5A

A B

5

40

120

U2 = V

U1 = V U3 = V

EXERCICES

EXERCICE N°8

Déterminer la résistance équivalente Re du circuit A et B et le courant principal Ip.

I1= 120 / 10 =12 A I2= 120 / 20 = 6 A I3= 120 / 40 = 3A

Re = (10 x 20 x 40 ) / (10 + 20 + 40) = 114, 28 Ω Ip= 12 + 6 + 3 = 21 A

EXERCICE N°9

Déterminer la tension aux bornes de AB.

I1= 2A I2 = 5A

Ip = I1 + I2 = 5+2 = 7A

Re = (50x75) / (50+75) =30 Ω U = Re Ip = 30 x 7 = 210 V

Ip

A R2=20

B

U = 120 V R1=10

R3=40

I2

I³

Ip

Ip

A B

U = V R1=50

R2=75

I²

Ip

EXERCICES

EXERCICE N°10

Un grille pain a une puissance de 1000 W alimenté par une tension de 230 V.

Il est utilisé tous les matins pendant 6 minutes.

Calculer l’énergie consommée durant 7 jours.

W = Pt = 1000w x 0,1h = 100Wh

100 x 7 = 700 Wh pour 7 jours d’utilisation

EXERCICE N°11

Déterminer par le calcul, l’énergie totale consommée par les appareils et la résistance équivalente .

I1= P/U = 2400 / 230 = 10,43 A I2= P/U = 2000 / 230 = 8,69 A I3= P/U = 1200 / 230 = 5,21 A

W1 = U I1 t1 = 230 x 10,23 x (1h + 0,5h) = 3529,35 Wh W2 = U I2 t2 = 230 x 8,69 x 3h = 5996,1 Wh

W3 = U I3 t3 = 230 x 5,21 x ( 8/60 =0,133h) = 159,37 Wh Wtotal = 9684,82 Wh

R1 = W / I21 t1 = (3529,35 / (10,23 2x 1,5)) = 22,5 Ω R2 = W / I22 t2 = (5996,1 / (8,69 2x 3)) = 26,5 Ω R3 = W / I23 t3 = (159,37 / (5,21 2x 0,133)) = 44,2 Ω Re = (22,5 x 26,5 x 44,2) / (22,5 + 26,5 + 44,2) = 282,77 Ω

U = 230V

I¹ I² I³

I^p

2400W

Utilisation durant 1h30 Centrale vapeur

2000W

Utilisation durant 3h Radiateur

1200W

Utilisation durant 8 min Grille pain