Les dipôles. élémentaires. Marie Pierrot Lycée général et technologique du Rempart

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1 Les dipôles élémentaires Marie Pierrot Lycée général et technologique du Rempart

2 La résistance Résistance = Propriété de limiter le passage d'un courant électrique. R s'exprime en Ohm de symbole Ω Loi d'ohm : I (A) U (V) La résistance a ceci de particulier que c'est une des rares caractéristiques physiques dont la plage de valeurs va pratiquement de 0 (supraconducteurs) à (isolants parfaits).

3 La résistance La résistance est aussi responsable d'une dissipation d'énergie sous forme de chaleur. Cette propriété porte le nom d'effet Joule. Cette production de chaleur est parfois un effet souhaité (résistances de chauffage), parfois un effet néfaste (pertes Joule). Énergie électrique Effet Joule Résistance Énergie thermique La puissance dissipée par effet Joule est : P J = R.I 2 elle s'exprime en Watt (W) I : l'intensité du courant, en ampères (A), traversant la résistance R : la résistance, en ohms (Ω).

4 La résistance Exemples :

5 Association de résistances Association en série I A R1 R2 R3 U1 U2 U3 UAB RE Q I B A UAB B R eq = R 1 + R R n Rmq: - Si toutes les résistances sont identiques et égales à R alors R eq = n R - En série, la résistance équivalente est supérieure ou égale à la plus grande des résistances associées. - L'association en série augmente la résistance équivalente.

6 Association de résistances Association en parallèle G EQ = G 1 + G Gn = R EQ R 1 R 2 Rn Rmq: - Si toutes les résistances sont identiques et égales à R alors R EQ = R /n - En dérivation, la résistance équivalente est inférieure ou égale à la plus petite des résistances associées. - L'association en dérivation diminue la résistance équivalente.

7 Association de résistances Exo 1 Dans le cas de l association en série de trois résistances: R1 = 4 k ; R2 = 6 k ; R3 = 12 k : 1) Calculer la résistance équivalente. 2) Calculer l intensité du courant commun aux trois résistances sachant que la tension aux bornes de l'ensemble est : U = 11 V. 3) Calculer la tension aux bornes de chacune des trois résistances. Exo 2 Dans le cas de l association en parallèle de trois résistances: R1 = 4 k ; R2 = 6 k ; R3 = 12 k : 1) Calculer la conductance équivalente et en déduire la résistance équivalente. 2) Calculer la tension commune appliquée aux trois résistances sachant que l'intensité du courant traversant le groupement est I = 0,5 ma. 3) Calculer l intensité du courant traversant chacune des trois résistances. Exercices "IUT en ligne"

8 Diviseur de tension Exo 3 Principe : 100 Ω R 12 V 330 Ω U? E R U=f(E)? 50 Ω R R E 2 R 3 R U=f(E)? E R αr U=f(E)?

9 Résistance en régime sinusoïdal L'intensité du courant «i» qui traverse la résistance est toujours en phase avec la tension «u» qui lui est appliquée. si i = I 2 sin ( ωt + θ I ) alors u = RI 2 sin ( ωt + θ I )

10 Le condensateur En 1745, à Leyde, ville de la Hollande méridionale, trois savants (dont Cuneus et son professeur Musschenbroeck) qui étudiaient les phénomènes d'électricité statique s'aperçurent que le dispositif qu'ils avaient confectionné à l'aide d'une bouteille était capable de stocker de l'énergie électrique. Il s'agissait simplement d'une bouteille contenant une feuille métallique A conductrice sur la face interne et sur la face externe de sa paroi de verre D. Il venaient de créer le premier condensateur de l'histoire. Les feuilles métalliques sont appelées "armatures" et la paroi isolante en verre est le "diélectrique".

11 Le condensateur Armatures : Plaques conductrices Diélectrique : Air ou matériaux isolants Symbole : i Q C= ou Q=C. U U et i = C du dt +Q +q C u Q s'exprime en Coulomb (C) U s'exprime en Volt (V) La capacité C s'exprime en Farad (F) -q-q

12 Le condensateur

13 Le condensateur Charge d'un condensateur à travers une résistance R = 10 MΩ 35 et C = 4,7 µf Tension Uc en volt R 25 E C e im oire g t Ré nsi tra e nt m i g ane é R rm pe t = R.C est Temps en seconde E = constante E = 30 V UC la constante de temps de ce système. Elle correspond à la durée nécessaire pour que la tension uc atteigne 63 % de sa valeur finale On distingue deux phases : une première appelée régime transitoire une deuxième appelée régime permanent.

14 Le condensateur L'énergie emmagasinée par un condensateur de capacité C, chargé sous la tension U est : Où - l'énergie W s'exprime en Joule ( J ) - La capacité C s'exprime en Farad ( F ) - La tension en Volt. 1 W = CU 2 2 A l'intérieur d'un condensateur chargé règne un champ électrostatique. noté E Champ de claquage ou champ disruptif : C'est la valeur maximale du champ électrique que l'on peut appliquer sans détériorer l'isolant.

15 Le condensateur La capacité d'un condensateur plan est : C= ϵ0. ϵr. S e ε0 est la constante électrostatique ε 0 = = 8, F. m 36. π εr est la permittivité relative du diélectrique. ex.: air sec : εr =1 ; téflon: εr = 2 ; mica: εr =7. S e Associations de condensateurs : En parallèle les capacités s'ajoutent pour former la capacité équivalente... ( Plus de surfaces en regard...) En série ce sont les inverses des capacités qui s'ajoutent... ( Épaisseur plus grande d'isolant...)

16 Le condensateur Un condensateur est utilisé en régime variable. Comme il lui faut du temps pour se charger, la tension à ses bornes est en retard par rapport au courant qui le traverse... Le condensateur est utilisé principalement pour : - stabiliser une alimentation électrique (il se décharge lors des chutes de tension et se charge lors des pics de tension) ; - filtrer des signaux périodiques ; - séparer le courant alternatif du courant continu, ce dernier étant bloqué par le condensateur ; - stocker de l'énergie, auquel cas on parle de supercondensateur. Comportement en fréquence : - aux basses fréquences : - aux hautes fréquences :

17 La bobine Une «bobine», «solénoïde», «auto-inductance» ou «self», est un composant courant en électrotechnique et électronique. Il est constituée d'un enroulement de fil conducteur éventuellement autour d'un noyau en matériau ferromagnétique. Les physiciens et ingénieurs français l'appellent souvent «inductance», ce terme désignant la propriété caractéristique de la bobine, qui est son opposition à la variation du courant dans ses spires.

18 La bobine ϕ L= I F (en Weber-Wb) est le flux magnétique engendré par le passage du courant I (en Ampère-A) L est l'inductance, elle s'exprime en Henry (H) Symbole : avec u = L di dt

19 La bobine Il existe aussi de très grosses bobines... 0,25 30Mvar - 24kV

20 La bobine Dans une bobine, c'est l'intensité du courant qui met un certain temps à s'établir... Régime transitoire t = L/R est Régime permanent la constante de temps de ce système. Elle correspond à la durée nécessaire pour que l'intensité i atteigne 63 % de sa valeur finale

21 La bobine La bobine parfaite ne produit pas de chaleur, pas d'effet Joule. En régime variable elle absorbe de l'énergie qu'elle stocke sous forme magnétique et qu'elle peut ensuite restituer. L'énergie emmagasinée dans une bobine a pour expression: Qu'est-ce que c'est? où 1 W = LI W est l'énergie en joules (J) ; - L est l'inductance en henrys (H) - I en ampères (A)

22 La bobine Quelques applications des bobines : - Les alternateurs, les moteurs, les transformateurs Plaques chauffantes à induction Freins à courants de Foucault (ralentisseurs des camions et autobus) Filtrage de signaux Lissage du courant Lévitation et guidage pour la sustentation magnetique Comportement en fréquence : - aux basses fréquences : - aux hautes fréquences :