COURANT ÉLECTRIQUE ET RÉSISTANCE

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1 1 COURANT ÉLECTRIQUE ET RÉSISTANCE 1. Introduction 2. La pile 3. Le courant électrique 4. La vitesse de dérive 5. La résistance 6. La loi d Ohm 7. La puissance électrique 8. Dans les circuits 9. La force électromotrice OBJECTIF: Savoir expliquer le fonctionnement d une pile et d une résistance.

2 2 LA PILE Principe Exemples de piles

3 3 Principe Transformation de l énergie chimique en énergie électrique Électrons Zinc Anion Pont salin Cation Cuivre Zn 2+ SO 4 2- Cu 2+ SO 4 2-

4 4 Principe Il est important d avoir des charges libres de circuler (électrons de conduction) dans une boucle fermée Dans une pile, la boucle fermée est constituée : Conducteur qui relie les 2 bornes Les électrodes (anode et cathode) L électrolyte ΔV dépend des matériaux, de l électrolyte. Piles en série : leurs tensions s additionnent

5 5 Pile à combustible «Fuel cell FR» par HandigeHarry Travail personnel. Sous licence Domaine public via Wikimedia Commons -

6 6 LE COURANT ÉLECTRIQUE Définition - Principe Unité Sens du courant

7 7 Dans un conducteur Pas de V Il y a un équilibre électrostatique Applique V électrons Potentiel élevé i Potentiel faible i Pile i i + i

8 8 Définition Flux de charges à travers une surface I = Q t Intensité instantanée I = dq dt Si le flux n est pas constant I Électrons A Unité (dans le SI) : I = Q s = A électrons Sens du courant : (par convention) Sens du déplacement des charges positives I Pile I +

9 9 Valeurs de courant usuel Corps humain Circuit électronique Courant domestiques et industriels Courant en Ampère ~ 10 6 ~ 10 3 ~ 1 Courant maximal typique d'une batterie automobile au plomb. ~ 500 Éclair négatif ~

10 Intensité du courant Intensité du courant Cours 5 - Courant et Résistance 10 Courant alternatif Courant continu ou DC Courant alternatif ou AC I 0 +I 0 Période I 0 Temps Temps

11 11 Exercice Un courant de 25 ampères circule dans un fil. Combien d électrons passent par minute en un point du fil?

12 12 LA VITESSE DE DÉRIVE Intensité du courant Densité de courant

13 13 Intensité du courant I A v d Électrons n est le nombre de charge mobiles par unité de volume q est la valeur de charges mobiles (valeur absolue) v d est la vitesse de dérive Q = naqv d t L I = naqv d

14 14 Densité de courant I A v d J Courant par unité de surface L J = I A = nv dq Unité : A/m² J = nv d q J est dans le sens opposé au mouvement des électrons.

15 15 Exemple Un faisceau d électron de section 0,2 cm² contient n = 1, électrons. La vitesse moyenne de dérive des cm 3 électrons est v d = 1, m i. s Calculer la densité de courant et l intensité du courant correspondantes.

16 16 LA RÉSISTANCE Définition Loi d Ohm Résistivité Définition Température

17 17 Définition R est la résistance du matériau R = V I Unité du SI : Ohm : Ω = V/A Symbole Résistances utilisées pour contrôler l intensité du courant à différents endroits du circuit ou la tension.

18 18 Exercice Un oiseau est posé sur une ligne de transmission électrique transportant un courant de 1800 A et ayant une résistance de 2, Ω par mètre. Si ses pattes se trouvent à 3,0 cm l'une de l'autre, quelle tension ressent-il?

19 19 Résistivité Représente la capacité d un matériau à s opposer à la circulation du courant électrique. Unité : Ω. m Symbole : ρ L inverse de la résistivité est la conductivité : σ = 1/ρ Unité : Ω. m 1 R = ρl A V(élevé) I V(faible) A E L

20 20 Résistivité Température R T T (1 ( T R 0 0 (1 ( T T T 0 0 )) )) Bon conducteur : ρ 10-8 Ω.m Bon isolant : ρ Ω.m Semi-conducteur : entre les 2

21 21 Exemple E12 : un fil de longueur l et de section transversale A, possède une résistance R. Quelle est la résistance obtenue si l on utilise la même quantité de matériau pour réaliser un fil deux fois plus long? E15 : la résistance d un fil de cuivre est égale à 0,8Ω à 20 C. Lorsqu on le place dans un four, la résistance devient à 1,2Ω. Quelle est la température du four?

22 22 Conducteur ohmique Matériaux obéissant à la loi d Ohm : Conducteurs ohmiques : Densité de courant est proportionnelle au champ électrique J = E ρ R est indépendante de ΔV et I ρ est indépendante de E et J

23 23 PUISSANCE ÉLECTRIQUE

24 24 Puissance électrique I P I V RI² V R ² Unité : Watt W 1 W = 1 J/s Valable pour tous les cas Valable seulement pour dispositif avec résistance EFFET JOULE

25 25 Exemple A l'intérieur d'une maison, l'installation électrique doit comporter des fils assez épais pour qu'ils ne chauffent pas au point de déclencher un incendie. Quel diamètre doit avoir un fil de cuivre destiné à transporter un courant maximal de 40 A sans produire plus de 1,6 W de chaleur par mètre de longueur?

26 26 RÉSISTANCES DANS UN CIRCUIT ÉLECTRIQUE

27 27 Résistances dans un circuit électrique Branchées en série Branchées en parallèle R 1 V A R 1 R 2 V B V A V B R 2 V A R eq V B V A R eq V B R eq R 1 R 2 1 R eq 1 R 1 1 R 2 Elles sont traversées par le même courant Elles ont la même différence de potentiel

28 Exercice Déterminer la résistance équivalente de R 1, R 2, R 3, R 4, R 5.

29 29 FORCE ÉLECTROMOTRICE

30 Force électromotrice f.e.m (E) : différence de potentiel entre les bornes de la source quand I = 0 Résistance interne Unité : Volt Symbole : E Pas de courant : r = 0 V = E Courant circule : V = E ri ξ correspond au travail par unité de charge accompli pour faire circuler celle ci dans le circuit fermé E = W né q

31 Exercice Une pile ayant une f.é.m. de 9 V et une résistance interne de 0,5 Ω alimente le circuit schématisé sur la figure suivante : Quel est le courant débité par la pile? Quelle est la tension aux bornes de celle-ci?