Sommaire. 1. Circuit électrique. 2. Tension, courant, puissance, énergie, capacité. 3. Conducteurs / Isolants. 4. Courant continu / Courant alternatif

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Eloi Bourget
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1 TFS: DT Page 1 sur 10 Sommaire 1. Circuit électrique 2. Tension, courant, puissance, énergie, capacité 3. Conducteurs / Isolants 4. Courant continu / Courant alternatif 5. Effets du courant électrique

2 TFS: DT Page 2 sur Circuit électrique 1.1 Définition Un circuit électrique simple se compose : d'un générateur, d'un récepteur, d'un élément de commande, de fils conducteurs. Exemple : une lampe de poche est un circuit électrique très simple dans lequel le générateur est une pile, le récepteur est une ampoule électrique, l'élément de commande est l'interrupteur Marche/Arrêt, les conducteurs sont les fils (ou les languettes métalliques) qui relient tous ces éléments. 1.2 Représentation schématique Elément de commande Générateur Récepteur 1.3 Fonctionnement Conducteurs Dès que le circuit est fermé (interrupteur fermé), un courant électrique circule et allume la lampe.

3 TFS: DT Page 3 sur Circuit série - Circuit parallèle G I L2 L1 G I L M Circuit série: En partant du générateur G, tous les éléments du circuit (I, L1, L2) sont branchés bout à bout: ils sont en série. Circuit parallèle (ou en dérivation): Les deux branches (L et M) du circuit sont alimentées simultanément par le générateur G. Elles sont en parallèle (ou en dérivation) car leurs extrémités sont communes. Exemples: Dans la maison, toutes les lampes, tous les radiateurs, tous les appareils électroménagers sont en parallèle, alimentés par le même générateur qui est le secteur EDF. La lampe de chevet, prise séparément, est un circuit dans lequel l'ampoule et l'interrupteur sont en série, l'ensemble étant alimenté par le générateur qui est le secteur EDF. Dans une voiture, les phares, le klaxon, le moteur d'essuie-glaces, les clignotants sont en parallèle, alimentés par le même générateur qui est la batterie.

4 TFS: DT Page 4 sur Tension, courant, puissance, énergie, capacité 2.1 Tension Un générateur électrique délivre une tension qui s'exprime en volts (symbole: V). Exemples : une batterie de voiture de 12 V - une pile de 4,5 V - le secteur EDF de 230 V 2.2 Courant - Intensité du courant Quand un générateur électrique alimente un récepteur, il lui fournit le courant nécessaire à son fonctionnement. La valeur de ce courant (son intensité) s'exprime en ampères (symbole : A) Exemples : une batterie de voiture fournit, sous une tension de 12 V, un courant de 8 A (ou d'intensité 8 A) lorsqu'on allume les phares. le secteur EDF fournit, sous une tension de 230 V, un courant de 12 A (ou d'intensité 12 A) lorsqu'on allume le four électrique. 2.3 Puissance Plus un générateur électrique est puissant, plus il sera capable par exemple : d'entraîner, par l'intermédiaire d'un moteur électrique, une machine puissante, c'est-à-dire capable de fournir un travail important. de chauffer, par l'intermédiaire de radiateurs adaptés, des volumes importants. La puissance d'un générateur, ou la puissance d'un récepteur, s'exprime en watts (symbole : W).

5 TFS: DT Page 5 sur Energie Quand un générateur électrique alimente un récepteur, plus il fonctionne longtemps et plus il fournit de l'énergie au récepteur. De même, on peut dire que plus un récepteur fonctionne longtemps et plus il consomme de l'énergie. Si l'énergie s'exprime officiellement en joule (symbole : J), l'unité pratique utilisée est généralement le wattheure (symbole : Wh) ou mieux encore le kilowattheure (symbole : kwh). 2.5 Capacité Le kilowattheure est plutôt utilisé pour exprimer l'énergie fournie par l'edf. Quand le générateur est une batterie ou une pile, on parle plutôt de sa capacité, donnée en ampère-heure (symbole : Ah). Cette valeur illustre le temps pendant lequel ce générateur peut délivrer, sous sa tension indiquée (tension nominale), un courant à un récepteur. Exemple : une batterie de 12 V, ayant une capacité de 40 Ah, peut délivrer, toujours sous 12 V à un récepteur : 40 A pendant 1 h, ou 20 A pendant 2 h, ou 10 A pendant 4 h, ou

6 TFS: DT Page 6 sur Résumé Grandeur électrique Unité Symbole tension électrique volt V intensité du courant électrique ampère A puissance électrique watt W énergie électrique joule - wattheure kilowattheure J - Wh kwh capacité d'un générateur ampère-heure Ah

7 TFS: DT Page 7 sur Conducteurs - Isolants 3.1 Conducteurs Les fils ou les câbles qui transportent l'électricité sont en matériau conducteur, en général cuivre ou aluminium. D'autres métaux sont également bons conducteurs de l'électricité (or, argent, étain ). Le carbone et l'eau sont aussi d'assez bons conducteurs de l'électricité. 3.2 Isolants Pour protéger les utilisateurs des contacts directs avec les conducteurs, ou pour éviter tout contact direct des conducteurs entre eux, on utilise des matériaux isolants : caoutchouc, matières plastiques, mais aussi verre, céramique, papier, mica, et l'air! 3.3 Conducteur? Isolant? C'est la nature du matériau qui fait qu'il est conducteur ou isolant. En effet, le courant électrique est dû à un déplacement d'électrons libres, ultra-microscopiques "grains d'électricité" présents dans tous les matériaux et susceptibles de se déplacer. Ces électrons libres sont plus nombreux et plus libres de se déplacer dans un conducteur que dans un isolant. C'est ce déplacement, provoqué par le générateur qui produit une force sur ces électrons libres, qui produit le courant électrique : plus la tension du générateur est élevée, plus cette force est élevée, plus le débit d'électrons libres est élevé, et donc plus l'intensité du courant qui circule est importante. Cette intensité est quasiment nulle dans un matériau isolant.

8 TFS: DT Page 8 sur Courant continu - Courant alternatif Piles, batteries, accumulateurs fournissent des tensions généralement faibles (quelques volts) tout en délivrant des courants peu importants (quelques fractions d'ampères à quelques ampères). Ils fournissent du courant continu. Grâce à de gros alternateurs fonctionnant dans ses barrages hydrauliques et ses centrales thermiques et nucléaires, l'edf produit du courant alternatif sous des tensions élevées (quelques milliers de volts). Ce courant alternatif est transporté sous des tensions élevées (jusqu'à V), puis retransformé en tensions plus faibles (230 V domestique, 1500 V industriel ) pour être distribué aux consommateurs. Ce sont des transformateurs qui élèvent ou abaissent la tension alternative. ATTENTION! Un transformateur n'est pas capable d'élever ou d'abaisser une tension continue. La transformation courant alternatif courant continu est relativement facile à réaliser. Inversement, la transformation courant continu courant alternatif est difficile à réaliser. Par contre, si on sait facilement stocker du courant continu (piles, batteries, accumulateurs), il est impossible de stocker du courant alternatif.

9 TFS: DT Page 9 sur Effets du courant électrique Le courant électrique est invisible, mais il produit des effets variés. Si certains sont visibles, d'autres le sont beaucoup moins. 5.1 Effet lumineux L'effet lumineux de l'électricité est utilisée pour la production de l'éclairage (lampes à incandescence, éclairage luminescent ). D'autres effets lumineux sont produits, par exemple dans la soudure à l'arc ou les éclairs lors d'un orage. 5.2 Effet thermique L'effet thermique de l'électricité est utilisé pour la production du chauffage (radiateurs électriques, fours, soudure à l'arc ) Par contre, les moteurs, appareils électroménagers, téléviseurs, câbles d'alimentation électrique s'échauffent lors de leur utilisation. Cet échauffement est dû à l'effet thermique de l'électricité, mais c'est un effet indésirable.

10 TFS: DT Page 10 sur Effet magnétique L'effet magnétique de l'électricité est l'illustration parfaite de l'effet invisible. On le constate par son action sur une aiguille aimantée (déviation d'une aiguille aimantée placée à proximité d'un fil traversé par un courant électrique). C'est cet effet magnétique qui permet de faire tourner les moteurs électriques, de produire le courant alternatif (alternateurs), d'enregistrer son et images sur une bande magnétique ou sur le disque dur d'un ordinateur 5.4 Effet chimique L'effet chimique de l'électricité est aussi un effet invisible. C'est essentiellement un effet d'électrolyse, particulièrement utilisé dans deux domaines importants : la production de gaz (hydrogène, chlore ), de métaux purs (aluminium, chrome ) la production de courant continu (piles, accumulateurs)

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