NOTION D'ELECTRICITE LES GRANDEURS ELECTRIQUES LES CIRCUITS ELECTRIQUES LA SECURITE ELECTRIQUE EVALUATIONS

Transcription

1 NOTION D'ELECTRICITE S

2 LA NOTION D ELECTRICITE Petite expérimentation Frottez un petit objet plastique (par exemple un stylo à bille en plastique) sur votre chevelure. Juste après le frottement, faites affleurer cet objet sur de petits morceaux de papier très léger. Vous observez que cet objet attire les petits morceaux jusqu á la perte de ses propriétés électriques. QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

3 LA NOTION D ELECTRICITE Le terme électricité provient du grec elektron signifiant «ambre jaune» (matière qui s électrise par frottement). En effet, les savants grecs savaient déjà que l ambre jaune, après avoir été frotté avec un morceau de fourrure, attirait de petits objets légers. L'électricité est le nom donné à des formes de l'énergie, à un ensemble de phénomènes correspondant à des champs de forces qui sont liés aux charges électriques de certains corpulscules constitutifs de la matière appelé électrons. Bien que certains phénomènes électriques et magnétiques soient connus depuis la haute antiquité (foudre, électricité statique, aimants naturels), ce n est qu à partir du 18 ème siècle que prend véritablement forme l étude systématique des phénomènes électriques. QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

4 LA NOTION D ELECTRICITE L'atome est à la base de la notion d'électricité C'est le constituant elementaire de la matiere, c est un assemblage de particules fondamentales (électron, proton, neutron). Il est constitué d un noyau autour duquel gravitent des electrons, qu on appellera "nuage electronique". Structure et dimension d'un atome QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

5 LA NOTION D ELECTRICITE L électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, ou particules légères. Il se caractérise par sa charge négative ( e), où (e) est la charge élémentaire, qui vaut 1, J. Les neutrons, de charge nulle, et les protons, de charge positive (+e), forment le noyau, de charge positive. QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

6 LA NOTION D ELECTRICITE L atome, pris dans son ensemble, est électriquement neutre : le nombre d électrons est égal au nombre de protons. Atome électriquement neutre Création d'électricité par déplacement d'électrons Cependant, les électrons situés sur les couches périphériques, les moins liés au noyau, peuvent être arrachés à l atome. Il apparaît alors un déséquilibre de charges. L atome est alors chargé positivement : il devient un ion positif, ou cation. De même, un atome peut capturer un électron : il devient un ion négatif, ou anion QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

7 LA NOTION D ELECTRICITE En 1733, François DU FAY met en évidence l existence d une électricité positive (ou résineuse») et d une électricité négative (ou «vitreuse») ; En 1752, Benjamin FRANKLIN invente le paratonnerre ; Vers 1780, Luigi GALVANI mène des expériences sur les grenouilles et croit identifier une forme «d électricité animale» ; En 1785, Charles DE COULOMB étudie l interaction des corps électriques ; En 1799, Alessandro VOLTA invente la pile électrique ; En 1822, Peter BARLOW construit le premier «moteur électrique» ; En 1868, Henry WILDE fabrique la première dynamo ; En 1879, Thomas EDISON invente l ampoule à incandescence ; En 1890, première locomotive électrique inaugurée pour le métro londonien ; QUELQUES DATES DEFINITION LES ATOMES

8 L'électricité est caractérisée par trois grandeurs fondamentales : Le courant électrique ; La tension électrique ou différence de potentiel (dp) ; La puissance électrique. LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

9 DEFINITION DU COURANT Le courant électrique est produit par le déplacement d électrons dans un matériaux conducteur (NB: les matériaux isolants comme le caoutchouc ou le plastique ne conduisent pas le courant électrique ). Lorsque les deux bornes d'un générateur de tension sont reliées par un matériau conducteur, les électrons se dirigent de la borne (-) vers la borne (+) : un courant électrique apparaît. Le générateur possède une borne (+), qui présente un déficit d électrons (cations) et une borne (-), qui possède un surplus d électrons. LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

10 LES EFFETS DU COURANT ÉLECTRIQUE Le passage du courant électrique dans un conducteur peut avoir plusieurs types d'effets : Le dégagement de chaleur : c'est ce qu'on appelle l'effet Joule (allume cigare, chauffe-eau); La production de la lumière : effet lumineux (ampoule) La décomposition chimique : c'est ce qu'on appelle l'électrolyse (battérie accumulateur) ; L'action mécanique : le courant fait fonctionner un moteur ; La création de champs magnétiques : c'est ce qu'on appelle l'électro-aimants (bobine d'allumage, solénoide démarreur) ; 3 conditions sont nécessaires pour établir un courant électrique. LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

11 03 CONDITIONS POUR CRÉER UN COURANT ÉLECTRIQUE Pour qu un courant electrique circule dans un circuit fermé, il faut : 1- un generateur de tenstion qui peut être : - Une pile - une Battérie - une alimentation stabilisée de laboatoire Symboles: 2- un matériau conducteur (Ex: fil de cuivre) 3- un recepteur ou charge Ex: une ampoule: Symbole : LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

12 DEFINITION DE LA TENSION La tension électrique est la différence de potentiel (charge électrique) entre deux points A et B. Pour qu'il y ait courant électrique, il faut un déplacement d'électrons. Ce déplacement n'est possible que si le circuit fermé dispose d'un générateur de tension qui crée un déséquilibre de charge, capable «d attirer et de repousser» les électrons. Ce déséquilibre de charge est appelé tension électrique. Ainsi, une pile de 9V aura une tension électrique de 9V qui va diminuer avec son usage. Une alimentation stabilisée de laboratoire de 0-30V pourra délivrer entre ses deux bornes, une tension fixe comprise en 0 et 30V. NB : contrairement au courant électrique, la tension peut exister en dehors d'un circuit fermé. LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

13 DEFINITION DE LA PUISSANCE La puissance électrique est la quantité d'énergie électrique en watt (w) fournit par un générateur (Ex: pile) ou consommée par un recepteur (Ex: une ampoule). Dans le schéma ci-dessus la puissance électrique P = UI = 6W fournit par la pile (générateur) est comsommée par l'ampoule (recepteur) LE COURANT LA TENSION LA PUISSANCE

14 LES APPAREILS DE MESURES.Les mesures des grandeurs électriques se font à l'aide d'un multimètre. Il en existe plusieurs types: Wattmètre pour les mesures de puissance MESURE DE COURANT MESURE DE TENSION MESURE DE PUISSANCE

15 L intensité du courant électrique se mesure avec un multimètre (en option ampèremètre) placé en série dans le circuit. Montage en série d'un ampèremètre Pour que la valeur mesurée soit juste il est nécessaire de respecter les polarités de l appareil. (le courant rentre par la borne (+) de l appareil et sort par la borne (-)). Si l ampèremètre est branché en inverse la valeur mesurée sera de signe contraire à celle attendue. MESURE DE COURANT MESURE DE TENSION MESURE DE PUISSANCE

16 Pour les mesures de tension le multimètre (en option voltmètre) est branché en dérivation (parallèle) aux bornes du dipole (Ex: ampoule) dont on veut mesurer la tension Branchement d'un voltmème en dérivation ou en parallèle MESURE DE COURANT MESURE DE TENSION MESURE DE PUISSANCE

17 La puissance est le produit entre le courant et la tension. P = U.I Sa mesure s'effectue à l'aide d'un wattmètre à 4 bornes : 2 bornes de mesure de la tension et 2 autres pour mesurer du courant. L'appareil se charge de la multiplication. Le wattmètre: appareil de mesure de puissance MESURE DE COURANT MESURE DE TENSION MESURE DE PUISSANCE

18 Un circuit électrique est l'interconnexion des composants électriques en vue de réaliser un effet électrique donné. Un circuit électrique peut être représenté par des symboles : il s'agit d'un d'un schéma électrique. Lorsqu'il est matérialisé avec ses composants réels, on partage d'un montage électrique. Dans la suite, nous utiliserons indifféremment circuit, schéma et montage pour désigner un circuit électrique. Les symboles: A fin que l'interprétation ou la lecture d'un circuit électrique soit partagée, la représentation d'un circuit électrique est basée sur des symboles normalisés. schéma Pile ampoule interrupteur interrupteur conducateur ouvert fermé DEFINITION MONTAGE SERIE MONTAGE PARALELLE

19 Dans un montage en série, le même courant traverse tous les composants. L'énergie (ou la tension) fournie est partagée entre les recepteurs (ou charges). Circuit à 1 ampoule : Montage Schéma Circuit à 2 ampoules : Montage Schéma DEFINITION MONTAGE SERIE MONTAGE PARALELLE

20 Dans un montage en dérivation, la même tension est fournie aux composants. Le courant fourni par le générateur est partagé entre les recepteurs (ou charges). Circuit à 2 ampoules : Montage Schéma DEFINITION MONTAGE SERIE MONTAGE PARALELLE

21 La sécurité électrique est l'ensemble des règles à respecter pour protéger les personnes et les installations. Elle est régie par une seule norme, à savoir la norme NF C Avant toute manipulation des câbles et matériels électriques, il faut vérifier les isolants les enveloppent ; Quand on souhaite faire une installation électrique, il est impératif de couper toute alimentation générale, de s assurer que l isolant des conducteurs n est pas défectueux, de vérifier que tout circuit est protégé par un coupe-circuit, mais aussi de réparer tout appareil électrique endommagé qui pourrait nuire à l installation. les règles de sécurité en électricité préconisent de porter des chaussures à semelles en caoutchouc pour assurer une totale imperméabilité en présence d eau et d avoir des outils avec des manches isolés (tournevis, cutter, pince à dénuder, etc.).

22 ne jamais intervenir sur un appareil avec les mains mouillées ou les pieds dans l eau; ne jamais nettoyer ou remplacer un élément électrique sans l avoir débranché au préalable ; éviter les surcharges de prises multiples ; ne jamais tirer sur un fil pour débrancher un appareil ; En cas de pluie ou d'orage, éviter de s'abriter sous un arbre ; Éviter de toucher à un câble électrique tombé et suspendu à un poteau électrique ; Éviter toute opération sous les câbles hautes tension ; Ne jamais mettre un objet dans une prise.

23 QUI A INVENTÉ L'AMPOULE À INCANDESCENCE? (NB: En choisissant entre A, B, C ou D, la mauvaise réponse vous renvoie à la page de réponse) A/ Alessadro VOLTA B/ Peter BARLOW C/ Charles DE COULOMB D/ Thomas EDISON QUIZ

24 LESQUELLES DES AFFIRMATIONS CI-DESSOUS SONT VRAIES? (NB: Cliquer sur les affirmations vraies ; les fausses vous renvoient à la page de réponses) A/ Une tension peut exister dans un circuit ouvert? B/ Dans un champ, en cas de pluie ou d'orage s'abriter sous un arbre? C/ Tous les matériaux conduisent le courant électrique D/ Dans un montage en série les recepteurs se partagent le courant délivré par le générateur E/ l'électricité est un phénomène physique? QUIZ

25 QUELQUES LIENS UTILES