Chapitre 3.11 L électricité domestique et le courant alternatif

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1 Chapitre 3. L électricité domestique et le courant alternatif Courant continu Amplitude de I constante Ex : Courant alternatif Amplitude de I non constante Ex : carrée Symbole pour une source alternatif : Ex : sinusoïdale Le courant alternatif d Hydro-Québec Hydro-Québec fournit une électromotance en volt sous forme sinusoïdale : Forme du courant : alternatif sinusoïdale Fréquence : 6 Hz (Europe 5 Hz) Volt : ±7 V (Europe ±3 V) A : Entrée du courant (fil noir, hot) B : Sortie du courant à V (fil blanc) C : Mise à la terre (ground) pour fin de sécurité (fil vert ou sans gaine) Le sens de la prise murale est inversé. Question : ourquoi on dit que nos prises domestiques nous donnent V (ou V)? éponse : Le V (ou V) représente une équivalence à un courant constant..s. Une prise de 4V utilise deux fils sous tension de couleur noir et rouge. éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age

2 La puissance d un résisteur ohmique soumis à un courant alternatif sinusoïdale La puissance électrique libérée par un résisteur ohmique de résistance générant une différence de potentiel (t) de forme sinusoïdale au courant qui y circule est égale à la relation suivante : où reuve : ( t) sin ( π : uissance instantanée libérée par le résisteur en watt(w) V : Différence de potentiel maximale en volt (V) : ésistance du résisteur en ohm ( Ω ) f : Fréquence du signal électrique en Hz (Hz) t : emps associé à la mesure en seconde (s) Appliquons la loi d Ohm à un résisteur soumis à une différence de potentiel de forme sinusoïdale : ( ) ( sin( π ) (emplacer V sin( π (Simplifier) sin ( π La puissance moyenne d un résisteur ohmique soumis à un courant alternatif sinusoïdale La puissance moyenne libérée par un résisteur ohmique de résistance soumis à une différence de V (t) de forme sinusoïdale est égale à la moitié de sa valeur maximale : ) où : uissance moyenne en watt (W) V : Différence de potentiel maximale en volt : ésistance du résisteur en ohm ( Ω ) éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age

3 reuve : Évaluons la moyenne de la puissance en ectuant une somme de la puissance instantanée sur une période complète du cycle et en divisant le tout par le temps d une période : t ( t) dt Utilisons le résultat suivant de l intégrale : sin π ( où f Ainsi, nous obtenons : t ( t) dt sin ( π dt (emplacer ( t) sin ( π t sin ( t π dt (Factoriser constante) ( sin ( π ) ) (Simplifier) Équivalence entre la puissance d une source alternative et constante On peut faire une comparaison entre une source constante et une source alternative grâce à la définition de la puissance : moyenne continue éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age 3 moyenne alternatif Ainsi :

4 Électromotance icace L électromotance icace d une source d électromotance alternative correspond à l électromotance constante qui produirait la même puissance. Les deux électromotances sont reliées par l expression suivante : où : Électromotance icace d une source constante en volt (V) : Électromotance d une source alternative en volt (V) HydroQuébec HydroQuébec fournit un courant alternatif de 7 V ( 7 V ). Si l on transpose se potentiel alternatif en potentiel icace, nous avons : ( 7), V Société d état du Québec régissant la vente et la distribution de l énergie électrique Au Québec, plusieurs appareils électriques possèdent l inscription «rms V». Cela signifie qu ils ont été conçu pour fonctionner sur du courant alternatif dont l électromotance icace est de V. rise de V Les électriciens mesurent avec leur voltmètre des valeurs de fournit par HydroQuébec qui n est pas toujours égale à 7 V (, V en moyenne) aux bornes d une prise électrique. Cette valeur peut varier entre 55 V et 7 V selon la résistance des fils utilisés pour alimenter la prise. Ainsi, l électromotance icace peut tourner autour de V d où vient l appellation «prise de». Une prise de V ( V ) représente deux sources de V dont le voltage sinusoïdale arrive à la prise électrique tel que le signale résultant est équivalent à une source sinusoïdale de V. Cependant, il serait plus juste de dire «une prise de 4 V» pour un calcul de V. éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age 4

5 Chocs électriques Un choc survient lorsque : ) On complète un circuit qui est sous tension grâce à une pile. Le courant s écoule jusqu à ce que la pile soit vide énergétiquement. ) On touche au fil sous tension alternatif et que l on complète le circuit. Le courant s écoulera toujours sauf si un fusible coupe le courant. 3) On touche un objet chargé et que les charges traversent notre corps très rapidement. Le courant s écoulera jusqu à ce qu il y ait équilibre électrostatique entre les deux conducteurs. éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age 5

6 Exercice Une bouilloire branchée à une prise non standard. L élément chauffant d une bouilloire génère une puissance thermique de 5 W lorsqu il est branché à une prise qui oscille entre 7 V et -7 V. Quelle puissance serait générée si on branchait la bouilloire à une prise qui oscille entre V et - V? Solution Une bouilloire branchée à une prise non standard. Nous pouvons évaluer la résistance de la bouilloire : ( 7) ( ) 9, 63 Ω 5 On peut calculer maintenant la puissance générée : ( ) ( 9,63) 59, W éférence : Marc Séguin, hysique XXI Volume B age 6

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