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1. Courants et tensions.

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(1)

1. Courants et tensions.

Courant électrique.

Potentiel – tensions.

Dipôles.

Puissance et énergie électrique.

(2)

Courant électrique.

• Nature du courant.

• Intensité du courant.

• Représentation de l’intensité.

• Mesure de l’intensité.

• Loi des nœuds.

(3)

Nature du courant.

• Le courant électrique est un déplacement de charges électriques dans la matière.

• Ions, électrons.

(4)

Circulation des électrons.

• Les électrons chargés négativement

circulent :

de la borne – vers la borne + du générateur.

+

-

(5)

Courant électrique

• Le sens de circulation conventionnel du

courant électrique est de la borne +

vers la borne - du générateur.

+

-

(6)

Quantité d’électricité

• L’unité de charge électrique est le COULOMB (C).

• La charge d’un électron est de :

- 1,6 x 10 -l 9 C.

(7)

INTENSITÉ DU COURANT.

L’intensité du courant est le quotient de la quantité d’électricité Q par la durée t de passage du courant.

• I en ampères.

• Q en coulombs.

t

IQ

(8)

L’unité d’intensité est I’AMPÈRE (A).

• Multiples :

– Le Kilo ampère : 1kA = 10 3 A.

• Sous-multiples :

– Le milliampère : l mA = 10 -3 A.

– Le microampère : 1A = 10 -6 A.

– Le nanoampère : 1nA = 10 -9 A.

(9)

Représentation d’un même courant électrique

• Deux manières de représenter un courant de 3 mA circulant de A vers B.

+ A

B

I = 3mA + A I = - 3mA

B

(10)

Représentation de l’intensité.

• Le courant électrique est représenté sur les schémas par une flèche qui n’indique pas forcément son sens réel.

• L’intensité du courant est une grandeur algébrique ;

sa valeur est :

- positive lorsque le courant circule dans le sens de la flèche.

- négative dans le cas contraire.

(11)

Utilisation de l’ampèremètre.

• L’intensité se mesure avec un

ampèremètre placé en série dans le circuit.

• Symbole de l’ampèremètre.

A

(12)

Définition d’un nœud et analyse.

• Un nœud est un point de circuit ou

aboutissent plusieurs conducteurs.

• La somme des

courants arrivant à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent.

M +

-

(13)

Récapitulons.

• Le circuit étudié comporte deux nœuds : N 1 et N 2 .

• I est le courant principal, I 1 , I 2 et I 3 sont les courants dérivés.

• Les intensités des courants vérifient la

relation : I = I 1 + I 2 +I 3 .

(14)

Loi des Nœuds.

• Plus généralement, la somme des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent.

• Exemple de Nœud

5 2

4 3

1 I I I I

I    

(15)
(16)

Potentiels - Tensions.

• Différence de potentiel.

• Représentation de la tension.

• Potentiel de référence.

• Mesure des tensions.

• Loi des mailles.

• Ordres de grandeur des tensions.

(17)

Différence de potentiel.

• Le potentiel d’un point caractérise son niveau électrique il s’exprime en VOLTS (V).

• La circulation du courant électrique entre deux points d’un circuit est due à une différence de potentiel entre ces deux points.

• La différence de potentiel est aussi appelée

tension elle s’exprime en VOLTS (V).

(18)

Représentation de la tension.

• La tension entre deux points A et B est

notée U AB.

• U A est le potentiel du point A, U B celui du point B.

U AB = U A – U B .

• U A en volts ; U B en volts ; U AB en volts.

A

B

U

AB

(19)

U -> Grandeur Algébrique.

• La tension est une grandeur algébrique représentée par une flèche.

A

U

AB

A

U

BA

U AB = - U BA

(20)

Potentiel de référence.

• Le potentiel d’un point n’est pas

mesurable, c’est un nombre qui dépend du point choisi

comme potentiel zéro ou potentiel de

référence.

(21)

Potentiel en différents points.

• Les tensions aux bornes des piles sont toujours les mêmes.

• Par contre, les potentiels soulignés dépendent du point de référence.

0V 1.5V 3V 4.5V

1,5V 1,5V A 1,5V

B C D

C 1,5V D

0V

1.5V

(22)

Exemple :

• Dans la figure ci- contre :

• U AB = U A - U B.

• U AM = U A - U M.

• U BM = U B - U M .

Calculez les potentiels.

5V -2V

0V

A B

M

U AB = 7 V

5V -2V

(23)

MESURE DES TENSIONS

• La tension se mesure avec un

VOLTMÈTRE.

• Le voltmètre se monte en dérivation sur le circuit.

• Placer un voltmètre

A B

V

(24)

LOI DES MAILLES.

• Un circuit fermé est une maille.

• Dans le montage, on peut définir 3 mailles :

ABE; BCDE; ABCDE.

• La somme algébrique des tensions rencontrées en parcourant une maille est nulle.

A B C

D

E

(25)

Étude de la maille ABEA.

• U AB +U BE +U EA = 0 V

• Une des tension de cette maille peut s ’écrire :

A B C

D

E

(26)
(27)

Dipôles.

• Définition.

• Caractéristiques d’un dipôle.

(28)

Définition d’un dipôle.

• Un dipôle est une portion de circuit

comprise entre deux bornes (pôles).

Résistance

Lampe

Générateur

(29)

Caractéristique d’un dipôle.

• Dipôle passif.

• Dipôle actif.

• Dipôle linéaire.

• Dipôle non-linéaire.

• Dipôle symétrique (non polarisé).

• Dipôle polarisé.

U

I

I (A)

U (V)

(30)
(31)

Puissance.

• Définition.

• Mesure de Puissance.

(32)

Définition de la Puissance.

• La puissance électrique mise en jeu entre deux points d’un circuit est égale au produit de la tension entre ces deux points par l’intensité du courant qui le traverse.

• P en Watts.

• U en Volts.

• I en Ampères.

I U

P  .

(33)

L’unité de puissance est le Watt.

• Le dipôle générateur fournit de la puissance au circuit.

• Le dipôle récepteur absorbe de la

puissance.

U > 0

I > 0 U > 0

I > 0

(34)

Mesure de la puissance.

* W

Mesure au wattmètre.

(35)

Énergie électrique.

• Définition.

• Rendement.

(36)

Définition de l’énergie absorbée.

• L’énergie électrique absorbée par un circuit est égale au

produit de la puissance

consommée par le temps de fonctionnement.

• W en joules

• P en watts

• t en secondes

t P

W  .

(37)

Unité d’énergie

• L’unité d’énergie W est le Joule (J).

• Une autre unité d’énergie utilisée en

électricité, est le watt-heure (Wh) et son multiple le kilowatt-heure (kWh).

• 1 Wh = 3600 J.

• 1 kWh = 3,6 x 10 6 J.

(38)

Exercice.

• Un radiateur électrique dont la puissance absorbée est de 1500 W a fonctionné 3 h.

Calculer l’énergie absorbée en :

• Wh ,

• en kWh ,

• et en Joules .

(39)

RENDEMENT

• Un récepteur électrique ou machine, absorbe de l’énergie électrique et la restitue sous d’autres formes.

• Ainsi un moteur électrique transforme l’énergie électrique qu’il absorbe en énergie mécanique.

• La transformation d’énergie s’accompagne

toujours d’un dégagement de chaleur, c’est de

(40)

Bilan énergétique.

• Lors de la

transformation,

l’énergie est conservée : Énergie absorbée

Énergie utile + Chaleur =

soit :

W a = W u + pertes

MACHINE (Moteur,lampe

alternateur…) Énergie absorbée.

Énergie utile.

Chaleur.

(41)

Rendement d’un récepteur.

• Le rendement d’un récepteur est égal :

– Au rapport entre la quantité d’énergie utile qu’il produit et la quantité d’énergie qu’il absorbe.

– Au rapport entre la puissance utile et la puissance absorbée.

• W

u

énergie utile.

• W

a

énergie absorbée.

• P puissance utile.

W u

W

u

P P

 

(42)

EXEMPLES

• Le générateur d’une centrale électrique de puissance utile 125 MW absorbe une

puissance mécanique de 130 MW.

11-Calculer son rendement.

12-Quelle est l’énergie dissipée (perdue) en chaleur en une journée (24h) ?

• Quel est le rendement d’un radiateur

électrique ?

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