Chapitre 3 : Les circuits électriques et leurs propriétés

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1 Chapitre 3 : Les circuits électriques et leurs propriétés 1 ère STI2D Thème : HABITAT Notions et contenus Dipôle actif et dipôle passif Loi des nœuds et loi des mailles Caractéristique d un dipôle Compétences attendues Analyser les échanges d énergie dans un circuit électrique I. Rappels L électricité représente la deuxième part d énergie consommée dans un habitat (TP 1) après l énergie thermique. Au sens scientifique du terme, l électricité est liée au courant de charges électriques dans un matériau conducteur (le plus souvent métallique) : ces charges sont les électrons de ce métal. Les électrons sont chargés négativement. Exemple : le courant des électrons des atomes de cuivre dans les fils électriques Remarque : s il existe des matériaux conducteurs, d autres ne conduisent pas l électricité : ils sont isolants. Afin de faire circuler un courant électrique dans un circuit, il est nécessaire que celui-ci soit fermé. Ce circuit comprend de nombreux éléments appelés dipôles. Comme son nom l indique, un DI-POLE est donc constitué de deux pôles (ou deux bornes ) : un pôle positif et un pôle négatif. Ainsi un générateur, une ampoule, une résistance, un rhéostat, etc.sont des dipôles! Du fait de leur charge, les électrons se déplacent du pôle - au pôle + Différences entre un circuit série et circuit en dérivation : Un circuit série est un circuit dans lequel les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres. De plus, ce circuit ne comporte qu une seule boucle de courant Un circuit est en dérivation (ou en parallèle), si on branche un dipôle (ou une série de dipôles) aux deux bornes d un autre dipôle (ou d une autre série de dipôles). Il comporte au moins 2 boucles de courant.

2 II. Tension / intensité dans un circuit (Définitions) a- Intensité Une intensité est une grandeur physique qui représente un débit d électricité. Par analogie avec le débit d un courant d eau (volume d eau par unité de temps), il s agit de la quantité de charge électrique par unité de temps. L unité de l intensité est l ampère (A). Cette grandeur se mesure avec un ampèremètre placé en série b- Tension L état électrique d un point d un circuit est appelé «potentiel électrique». Plus le potentiel d un point est élevé, et plus ce point a la faculté d attirer les électrons. Avec un voltmètre, on ne peut pas mesurer directement ce potentiel en un point, mais seulement la différence de potentiel entre deux points du circuit. On représente une tension U AB sur un schéma par un vecteur orienté de B vers A à côté du circuit électrique. La tête de la flèche représente le plus souvent* le point de fort potentiel et l autre extrémité représente le point de faible potentiel. Le potentiel est le même tout au long d un bon conducteur (les électrons y sont dans le même état). Convention générateur / convention récepteur : En convention générateur (pile ou générateur), le courant est dans le même sens que le vecteur tension En convention récepteur (tous les autres dipôles ), courant et vecteur tension sont dans un sens opposé III. Lois qui régissent les circuits électriques a- Loi des noeuds (intensités) Enoncé de la loi des nœuds : La somme algébrique des intensités des courants rentrant ou sortant d un nœud, est nulle. Application : dans le TP 5 (schéma ci-dessous) nous avons vu que dans un circuit en dérivation, que l intensité de la branche principale du circuit était égale à la somme des intensités des deux branches issues du nœud A (I 1 = I 2 +I 3 ). En effet d après la loi des noeuds : I 1 - I 2 - I 3 = 0

3 Remarque : Au sein d une même boucle de courant, l intensité est LA MEME en tout point! b- Loi des mailles (tension) Enoncé de la loi des mailles : Au sein d une boucle, la somme algébrique des tensions de tous les dipôles est nulle. Utilisation très simple de la loi des mailles : Repérer la boucle Trace un chemin fermé en choisissant le sens que tu veux (ici dans le sens des aiguilles d une montre) Si le vecteur tension est dans le sens du cercle, la tension sera comptée positive (ici U1 seulement) Si le vecteur tension est dans le sens inverse, la tension sera comptée négative (ici U2 et U3) On applique la loi des mailles : U1 U2 U3 = 0 Autrement dit : U1 = U2 + U3 (la tension imposée par la pile est égale a la somme des tensions des 2 résistances R1 et R2)

4 IV. Caractéristique d un dipôle Déterminer la caractéristique de n importe quel dipôle d un circuit, c est tracer la courbe U = f(i) où U et I représentent respectivement la tension en V et l intensité en A. Au cours du TP 5, tu as tracé la caractéristique d une résistance. Cette courbe est une droite passant par l origine. TRACER CETTE COURBE Le coefficient directeur de cette courbe n est d autre que la valeur de la résistance R en Ω. La relation linéaire liant l intensité I et la tension U pour une résistance s appelle la loi d Ohm. V. Puissance électrique Connaissant les valeurs d intensité I et de tension U aux bornes d un dipôle donné, la puissance P consommée par ce dipôle est égale à : Dans le cas d une résistance, le passage d un courant électrique peut provoquer un dégagement de chaleur. Cette perte d énergie (ou puissance) thermique s appelle l effet Joule. Elle est donnée par la relation suivante :

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