Chapitre 7 : CHARGES, COURANT, TENSION S 3 F

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1 Chapitre 7 : CHARGES, COURANT, TENSION S 3 F

2 I) Electrostatique : 1) Les charges électriques : On étudie l électricité statique qui apparaît par frottement sur un barreau d ébonite puis sur un barreau de verre. Un filet d eau est dévié lorsqu on approche un barreau d ébonite ou de verre frotté. Le pendule électrostatique est d abord attiré par le barreau frotté. Le fait de frotter le barreau d ébonite ou de verre modifie ses propriétés : on dit que le barreau s est électrisé. Nous admettrons les définitions et les propriétés suivantes : - L'électricité qui apparaît sur l ébonite frottée est de signe négatif ( ). - L électricité qui apparaît sur le verre frotté est de signe positif (+). - Deux corps portant des charges de même signe se repoussent. - Deux corps portant des charges de signes contraires s attirent.

3 I) Electrostatique : 2) Les isolants et les conducteurs : On approche un barreau d ébonite frotté d un pendule électrostatique constitué d une boule très légère entourée d une feuille d aluminium et reliée à un support par un fil de nylon : - Les électrons ( ) apportés par frottement créent des charges localisées qui ne se déplacent pas dans le matériau. Ce matériau ne conduit pas l électricité : c est un isolant. Remarque : On peut montrer que le verre frotté, se charge positivement (+). ébonite (isolant) - La boule du pendule initialement neutre électriquement, reste encore neutre. Le papier d aluminium contient des électrons libres qui sont repoussés par les charges négatives de l ébonite : il apparaît des charges (+) face à l ébonite et des charges ( ) de l autre coté. L aluminium est un métal qui possède des électrons libres c est un matériau conducteur.

4 I) Electrostatique : 3) L électroscope : L électroscope est fait de matériaux conducteurs et il est généralement constitué par un plateau relié à une partie fixe munie d une partie mobile très légère (feuille d aluminium ou d or ou levier en aluminium). Quand l électroscope est chargé, la partie légère se soulève car elle porte la même charge que la partie fixe. La déviation est d'autant plus importante que la charge est grande. On peut charger un électroscope par contact ou par influence :

5 II) Le courant électrique : 1) Circuit électrique : On considère un montage électrique qui comporte, en série, un générateur, un interrupteur et une lampe, reliés les uns à la suite des autres par des conducteurs (fils ou cavaliers). Le circuit électrique fermé est constitué par une chaîne ininterrompue de conducteurs. Cette chaîne fermée comporte un générateur, le courant circule et l ampoule s allume. Si la chaîne est interrompue par un isolant (interrupteur), le courant ne circule plus : on dit que le circuit est ouvert. générateur de tension interrupteur ampoule

6 II) Le courant électrique : 2) Nature et sens conventionnel du courant électrique : Les charges mobiles (ici, les électrons libres), présentes dans les conducteurs du circuit, prennent un mouvement d'ensemble. Le générateur ne crée pas d'électrons, il assure seulement leur circulation. Son rôle est comparable à celui d'une pompe. Le sens du courant électrique est défini conventionnellement : Le sens conventionnel du courant électrique est celui que prendrait des porteurs de charges positives. On peut dire aussi que : Dans le circuit électrique, à l'extérieur du générateur, le courant électrique va conventionnellement de la borne (+) vers la borne ( ).

7 II) Le courant électrique : 3) Mesure de l intensité du courant électrique : Pour mesurer l intensité d un courant électrique on utilise un ampèremètre. On utilise, en fait, un multimètre (qui peut mesurer différentes grandeurs électriques) en ampèremètre. - L ampèremètre possède deux bornes (c est un dipôle) : * une borne rouge (ou notée A ou +), * une borne noire (ou notée COM ou ). - L ampèremètre doit être branché en série dans le circuit pour qu il soit traversé par le courant dont on veut mesurer l intensité. - Connaissant le sens du courant (conventionnel), ce courant doit traverser l ampèremètre de sa borne rouge (A ou +) à sa borne noire (COM ou ).

8 II) Le courant électrique : 4) Propriétés du courant électrique : a) Circuit série : On considère un circuit dans lequel les différents dipôles sont montés en série avec un générateur électrique. En plaçant l ampèremètre à différents endroits (en série) du circuit, on constate que l intensité du courant est la même. L intensité du courant dans un circuit série est la même en tout point du circuit. Remarque : Nous admettrons que l ampèremètre lui-même ne modifie pas l intensité du courant lors de la mesure : l ampèremètre se comporte comme un conducteur parfait.

9 II) Le courant électrique : 4) Propriétés du courant électrique : b) Circuit en dérivation : On considère un circuit dans lequel deux ampoules sont montées en dérivation aux bornes d un générateur électrique. Entre les points A et B, on a deux branches de circuit en dérivation. L expérience montre que : L intensité I du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités I 1 + I 2 des courants dans les branches dérivées. Un nœud d un circuit électrique est un point où se connectent plus de deux conducteurs. Nous pouvons généraliser la loi dite des nœuds : Au nœud d un circuit électrique la somme des intensités des courants rentrant dans le nœud est égale à la somme des intensités des courants sortants.

10 III) La tension électrique : 1) Notion de tension : La tension entre deux points traduit le déséquilibre électrique qui existe entre ces deux points (analogue à une différence de pression dans un circuit hydraulique). En mesurant une tension on compare les "états électriques" des deux points. - En circuit fermé la tension aux bornes d'une lampe produit son éclairement : le déséquilibre électrique produit un courant à travers l'ampoule. - En circuit ouvert, la tension ne produit aucun effet : le déséquilibre subsiste. Remarque : D'une façon générale, on doit parler de la tension entre deux points.

11 III) La tension électrique : 2) Unité et mesure de la tension électrique : L'unité légale fondamentale de mesure de la tension est le volt (V). Pour mesurer la tension électrique entre deux points d un circuit on utilise un voltmètre. On utilise, en fait, un multimètre (qui peut mesurer différentes grandeurs électriques) en voltmètre. Pour mesurer la tension entre deux points, le voltmètre doit être monté en dérivation (ou en parallèle). Pour mesurer la tension U AB nous connecterons le point A à l entrée V du voltmètre et le point B à l entrée COM. Nous pouvons vérifier que : - la tension aux bornes d un fil de connexion est pratiquement nulle. - La tension aux bornes d un dipôle (récepteur) non parcouru par un courant est nulle. - La tension aux bornes d un interrupteur fermé (parcouru ou non par un courant) est nulle (conducteur parfait). - La tension aux bornes d un interrupteur ouvert est égale à la tension aux bornes du générateur.

12 III) La tension électrique : 3) Lois des tensions : a) Circuit série : On considère un circuit dans lequel les différents dipôles sont montés en série avec un générateur électrique. On vérifie expérimentalement que la tension aux bornes des deux dipôles est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles. On peut généraliser ce résultat en énonçant la loi d addition des tensions : La tension aux bornes de plusieurs dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle.

13 III) La tension électrique : 3) Lois des tensions : b) Circuit en dérivation : On considère un circuit dans lequel les différents dipôles sont montés en dérivation avec un générateur électrique. On vérifie expérimentalement que la tension aux bornes de chaque dipôle est la même. La tension aux bornes de dipôles montés en dérivation est la même.