Séquence 1 Le courant électrique 1ère S SI

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1 Séquence 1 Le courant électrique 1ère S SI 1) Définition du courant électrique Le courant électrique est un déplacement de charges électriques dans la matière. Dans les métaux, les porteurs de charges sont les électrons. Les électrons chargés négativement circulent de la borne vers la borne du générateur. L unité de la Quantité d électricité Q est le Coulomb. La charge de l électron e est de - 1,6 x C. On peut ainsi exprimer la quantité d électricité Q en fonction du nombre d électrons N qui circulent et la charge électrique e de celui-ci. Q = N x e avec N : Nombre d électrons e = 1, C Q en C (Coulomb) 1 C correspond à la circulation de 6,24x10 18 électrons. Dans un circuit électrique fermé constitué au minimum d'un générateur et d'une charge, le courant électrique circule toujours de la borne vers la borne du générateur. C'est le sens conventionnel du courant électrique. 2) Intensité du courant L intensité I du courant correspond à la quantité d électricité passée en 1 seconde. Elle est le quotient de la quantité d électricité Q par le temps de passage t du courant. I = Q t Avec Q en C (Coulomb) t en s (seconde) L unité de l intensité I du courant est l Ampère (A). On en déduit que la quantité d électricité Q c est aussi le produit de l intensité I du courant par le temps t. Q = I x t Outre le Coulomb, la quantité d électricité Q peut être exprimée en Ampère-heure (Ah) avec I en A et t en h (heure). 1 Ah = 3600 C. LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 1

2 3) Sens, représentation, polarité et conservation du courant a. En circuit fermé Sur les schémas, le courant est représenté par une flèche. Elle indique le sens conventionnel du courant (du + vers - du générateur). L intensité du courant est une grandeur algébrique, sa valeur est positive. I > 0 A Comme le courant électrique circule dans un circuit fermé, il n'y a pas de perte de courant. Le courant qui sort d'un dipôle (générateur, charge) est identique à celui qui est entré. b. En circuit ouvert Circuit ouvert signifie qu'aucun courant électrique ne circulera dans le montage donc le générateur ne fournira pas de courant. L'intensité est nulle. I = 0 A. Circuit ouvert sans charge Circuit ouvert avec charge Dans les 2 cas, le fléchage n'est pas représenté car il n'y a pas de courant qui circule. 4) Séparation du courant et la loi des nœuds Le courant électrique I fourni par le générateur est séparé en 2 courants électriques I 1 et I 2 au nœud A. (voir définition en annexe page 4) Au nœud B, le courant I est la formation des courants I 1 et I 2. Comme il n'y a pas de perte de courant dans un circuit fermé, on peut écrire des égalités au nœud A et au nœud B. Au nœud A : I arrive. I 1 et I 2 s'éloignent. I = I 1 + I 2 Au nœud B : I 1 et I 2arrivent. I s'éloigne. I 1 + I 2 = I LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 2

3 Ces égalités sont applicables à tous les nœuds d'un montage électrique. C'est la LOI des NŒUDS. La somme des intensités des courants entrants dans un nœud est égale à la somme des intensités des courants sortants de ce nœud. Si vous connaissez toutes les intensités d'un montage sauf une, vous pouvez, en appliquant cette loi, déterminer l'intensité inconnue. Exemple pour le montage ci-dessus : On connait I = 15 ma et I 2 = 4,7 ma. Déterminer I 1. 5) La mesure de l Intensité du courant a. Avec ouverture du circuit électrique L ouverture d un circuit électrique met en danger la personne et son entourage. Avant d ouvrir un circuit électrique, la personne doit s assurer que le circuit n est pas sous tension. L intensité du courant se mesure avec un Ampèremètre. Il est symbolisé + - A Il est toujours placé en série avec les autres éléments (dipôles, générateur) dans le circuit. OUI NON I + - A D I D + - A Court-circuit LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 3

4 Pour le montage associé au schéma ci-dessous, représenter à sa droite, un nouveau schéma sur lequel sont représentés 2 ampèremètres pour les mesures de I et I2. b. Sans ouverture du circuit électrique L inconvénient majeur de la mesure de l intensité d un courant avec un ampèremètre est l ouverture du circuit pour insérer celui-ci. Dans certains cas, il est difficile voire hasardeux d ouvrir le circuit. Donc pour la mesure de l intensité du courant électrique dans un circuit fermé, on utilise une pince ampèremétrique. Le technicien ouvre la pince afin d insérer le conducteur (fil) pour mesurer l intensité du courant. La pince a une polarité (se reporter à la symbolique à l intérieur de la pince). LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 4

5 Exercice 1 : Une lampe électrique est traversée par 300 C en 10 minutes. a) Rappeler la loi électrique de l intensité du courant en fonction de la quantité d électricité et de son temps de passage. b) Calculer l intensité du courant qui traverse cette lampe. Exercice 2 : Déterminer le temps de fonctionnement d'un circuit électrique dans lequel il est passé C avec un courant de 25 A. Exercice 3 : Dans un conducteur est passé 3, électrons en 20 secondes. a) Rappeler les lois concernant la quantité d électricité. b) Calculer la quantité d électricité totale transportée puis l intensité du courant. Exercice 4 : Une batterie possède une capacité de 90 Ah (Ampères pendant une heure). Elle a déjà débité 10A pendant 2h15mn. Pendant combien de temps pourra-t-elle encore fournir un courant de 2,5A? Exercice 5 : Un courant continu d intensité constante, égale à 8 A, parcourt un circuit électrique. a) Calculer la quantité d électricité transportée pendant 2 h 20 mn (l exprimer en coulombs et en ampères-heures) b) Calculer le nombre d électrons qui traversent une section droite du circuit : par seconde en 2 h 20mn Exercice 6 : Un courant d intensité 50 ma est fourni par la pile. b) Flécher le courant issu de la pile c) Déterminer la valeur lue (25 ma, 50 ma ou 100 ma) sur chaque ampèremètre et justifier votre réponse. Exercice 7 : Les dipôles sont identiques et les ampèremètres également. Au 1 er nœud arrive un courant d intensité de 50mA. b) Flécher le courant issu de la pile ainsi que les courants traversant les dipôles. c) Déterminer la valeur lue (25 ma, 50 ma ou 100 ma) sur chaque ampèremètre et justifier votre réponse. d) Déterminer la valeur de l intensité du courant qui part du 2 nd nœud LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 5

6 Exercice 8 : b) Sur votre schéma, flécher les courants : - Le courant I1 issu du générateur - Le courant I2 traversant D2 - Le courant I3 traversant D3 c) I1 = 42 ma ; I3 = 20,6 ma En appliquant la loi des nœuds, déterminer I2. Exercice 9 : b) Sur votre schéma, flécher les courants : - Le courant I issu du générateur - Les courants Ix traversant les Dx. (x: n du dipôle) c) En appliquant la loi des nœuds aux nœuds A et B, montrer que I = I3. d) I2 = 700 µa ; I3 = 1,5 ma ; I5 = 1 ma En appliquant la loi des nœuds, déterminer I1 et I4. Exercice 10 : a) Recopier le schéma sur votre feuille d'exercices. b) Sur votre schéma, flécher les courants : - Le courant I issu du générateur - Les courants Ix traversant les Dx. (x: n du dipôle) c) SW1 et SW2 sont ouverts. Est-ce qu'un courant électrique circule dans ce montage? Justifier votre réponse. D1 et D2 sont identiques. Cela signifie que les courants I1 et I2 ont la même intensité quand SW1 et SW2 sont fermés. D3, D4 et D5 sont identiques. Cela signifie que les courants I3, I4 et I5 ont la même intensité. d) SW1 est fermé. I1 = 1,29 ma. - Donner la valeur de I. - Déterminer l3, I4 et I5. e) SW1 et SW2 sont fermés : I1 = 1,13 ma. - Donner la valeur de I2. - Determiner I, l3, I4 et I5 LE COURANT ELECTRIQUE PAGE 6