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1 Le Courant Continu Un courant est un flux d'électrons électrons. Pour que ces électrons puissent se déplacer, il faut que les électrons soient libres. On trouve des électrons libres, en général, dans les métaux, ce sont des conducteurs. En absence d'électrons libres, les matériaux seront appelés isolant. La couche périphérique d'un atome ne peut pas posséder plus de huit électrons. Les propriétés électriques dépendent des électrons de la couche périphérique. Les bons conducteurs ont leur dernière couche incomplète. ls céderont facilement leurs électrons. Argent, or, cuivre, aluminium, fer, carbone... Les isolants ont leur dernière couche saturée ou presque saturée. ls accepteront peu d'électrons électrons. Mica, silicone, huile, porcelaine, plastique, verre, air sec.. Certains matériaux ont autant d'électrons à prendre qu'à donner pour avoir leurs couches saturées. Ces matériaux portent le nom de semi-conducteurs : silicium, germanium, arséniure de gallium 04/09/2011 Electricité 1

2 Mise en mouvement des électrons libres : le courant électrique Pour mettre en mouvement des électrons libres il faut un circuit conducteur fermé et une pompe à électrons appelée générateur L'intensité du courant électrique est la quantité d'électricité traversant une section droite du conducteur en une seconde L'intensité d'un courant s'exprime en Ampères (symbole A) Représentation d'un générateur chimique (la pile, l'accumulateur) Une pile est un convertisseur d'énergie chimique en énergie électrique. Ce type de générateur é est représenté é par deux traits parallèles dont le plus petit représente le pôle moins (-). Ce symbole représente 1 élément soit 1,2V à 3V, pour obtenir d'autres tensions, on peut brancher ces éléments en série. 04/09/2011 Electricité 2

3 Représentation d'un générateur chimique (la pile, l'accumulateur) Uo Ces générateurs sont limités dans leurs caractéristiques électriques. Leurs caractéristiques électriques se modifient dans le temps. Type U0 t Pile saline alcaline 1,5V Accumulateur plomb 2V Accumulateur Cd Ni 12V 1,2V Accumulateur Lithium 3V 04/09/2011 Electricité 3

4 Les générateurs E réel (pile accu) : Plus le courant est important, plus la tension sera faible. Exemple U = 12V é parfait de tension. l se différencie du générateur précédent par le fait qu'il fournit une tension stable et constante quel que soit le courant demandé. Exemple E = 5V (E: force électromotrice) de courant. Sa caractéristique est de fournir un courant fixe quel que soit l'endroit où il est connecté. Ex =2A Uo E E 04/09/2011 Electricité 4

5 Mesure de l intensité d un courant L'intensité d'un courant se mesure à l'aide d'un ampèremètre è placé en série dans le circuit. Remarques très importantes C'est le récepteur qui limite le courant dans le circuit. L'ampèremètre ne peut en aucun cas être considéré comme un récepteur. La présence d'un ampèremètre ne modifie rien aux caractéristiques du montage. Les bornes d'un ampèremètre sont équivalentes à un court circuit. Soit un circuit électrique fermé comportant une dérivation. E2 1 Récepteur 1 2 Récepteur /09/2011 Electricité 5

6 Loi des nœuds La valeur indiquée par l'ampèremètre è mesurant est la somme des valeurs indiquées par les ampèremètres mesurant 1 et 2. = C est la loi des nœuds E Loi des nœuds : La somme des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des courants qui en partent. 2 Ré écepteur Ré écepteur = /09/2011 Electricité 6

7 Loi des nœuds Exemples Si toutes les flèches sont entrantes ou sortantes, cela signifie qu il y a une erreur de fléchage, ou qu un courant est négatif /09/2011 Electricité 7

8 Différence de potentiel Le VOLT (V) est la différence de potentiel que subit une charge de 1 coulomb pour produire un travail de 1 joule. Représentation schématique d'une différence de potentiel (ddp) VA = 0 Ddp U = VBA = VB-VA Ddp U = VBA = VB-VA = VB Ddp U = VAB = VA-VB Ddp U = VAB = VA-VB = -VB 04/09/2011 Electricité 8

9 Mesure d une différence de potentiel La différence de potentiel se mesure à l'aide d'un voltmètre branché en dérivation dans le circuit. Le voltmètre ne perturbe pas le circuit. L'énergie consommée par le voltmètre est nulle =0 La valeur indiquée par le voltmètre mesurant U est la somme des valeurs indiquées par les voltmètres mesurant U1 et U2. =0 =0 =0 04/09/2011 Electricité 9

10 Loi des mailles On flèche correctement les tensions et courants. On choisit un sens de parcours arbitraire pour la maille. On décrit la maille dans le sens choisi et on écrit que la somme algébrique des tensions est nulle en respectant la convention suivante: E - U1 - U2 =0 E -R1 -R2 = 0 E = ( R1 + R2) Si la flèche tension est rencontrée par la pointe, la tension est négative. S i la flèche tension est rencontrée par le talon, la tension est positive. R1 R2 04/09/2011 Electricité 10

11 Loi des mailles Ld Ld 1 Maille 3 R1 R3 Maille 1 Maille 2 Maille 1 : E U1 - U2 = 0 ou E R1 R22 = 0 Maille 2 : U2 U3 U4 = 0 ou R22 R34 R44 = 0 Maille 3 : E U1 R3 R4 = 0 ou E R1 R34 R44 = 0 04/09/2011 Electricité 11

12 Une résistance électrique est comparable à un étranglement du circuit électrique fermé. Ld U Ld (V V ) R U ( ) = Ω ( A) U = R Si on relève, pour différentes valeurs de, les valeurs correspondantes de U, on s'aperçoit que U et sont directement proportionnels. = U R On note R le coefficient de proportionnalité liant U à 04/09/2011 Electricité 12 2R R R/2

13 electrique Ld Ld Par définition, la puissance est le travail effectué en 1 seconde. (P en Watt) P = U. ( W ) ( V ) ( A) P = U R P = R /09/2011 Electricité 13

14 électrique Loi d O Lorsqu'un générateur é est branché aux extrémités é d'un circuit conducteur, les électrons libres placés dans le champ électrique qu'il produit, subissent une force qui provoque leur déplacement d'ensemble. Mais les atomes sont animés sur place de vibrations (agitation thermique) et les électrons libres ont des difficultés à se faufiler entre les atomes, d'où une RÉSSTANCE à leur déplacement. Une résistance se mesure en Ohm symbole: Ω (oméga) Avec une agitation thermique à leur déplacement Ω Sans agitation thermique Aucune résistance à leur déplacement Supraconductivité

15 La résistance électrique d'un conducteur homogène est directement proportionnelle à sa longueur, inversement proportionnelle à sa section, et dépend de sa nature : ρ est un coefficient dépendant de la nature du corps ; il est appelé résistivité. R ( Ω ) = ρ ( Ω m ) l s ( m) ( m 2 ) 04/09/2011 Electricité 15

16 Câbles EDF souterrains 63 kv Câbles kv 04/09/2011 Electricité 16

17 s- récepteurs Le est dans le même sens que la flèche tension Le récepteur est dans le sens opposé à la flèche tension 04/09/2011 Electricité 17

18 Force electromotrice fem Les générateurs é du type chimique, i tournant peuvent se modéliser sous la forme: générateur parfait, résistance interne. Aucun générateur n est parfait. l possède un générateur parfait E appelé force électromotrice fem en série avec une résistance interne r. Cette résistance interne r est indissociable du générateur. La tension en sortie du générateur est U = E - r Si la résistance interne, r est très faible par rapport à la charge branchée, sur le générateur, on pourra considérer la tension U = E et représenter ce générateur comme un générateur parfait, nommé E du nom de sa force électromotrice. de court circuit cc est donc égal à E/r Exemples Une pile (neuve) Accumulateur Dynamo E E=1,5V r=0,5ω r=0,6ω cc=3a 04/09/2011 Electricité 18 E=2V E=6V r=0,01ω U = E - r cc=200a cc=10a

19 Groupement de résistances est commun Groupement en série : Re = R1+R2+R3+ +Rn Re Lorsque plusieurs résistances sont montées en série, la somme des résistances donne la valeur équivalente Re. Re est TOUJOURS plus grande que la plus grande valeur de résistance Groupement en parallèle : U est commun = Re Re R 1 R 2 R 3 Rn Lorsque plusieurs résistances sont montées en parallèle, la somme de l inverse des résistances, donne la valeur de l inverse de la résistance équivalente Re. Re est TOUJOURS plus petit que la plus faible valeur de résistance R1.R2 Produit Pour 2 résistances Re= R1+R2 Somme 04/09/2011 Electricité 19

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