DOCUMENT SYNTHESE Centres d intérêt Savoirs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D Thèmes associés A1 B11 C11 D1 AF1 R1 E1 E8 E11 E13 E4 E5 I3 I1 I6 I12 A2 B12 C12 D2 AF2 R2 E2 E9 E12 E18 E7 E6 I4 I2 I7 B21 C21 AF3 R3 E3 E10 E15 E19 E16 I5 I11 I8 B22 C22 R4 E14 E17 I13 I9 B31 C23 R5 I10 B32 C24 R6 B41 R7 B42 R8 B51 R9 B52 Electrocinétique I- Définitions : - Continu : grandeur électrique (courant ou tension) ne variant pas dans le temps (fréquence nulle). - Alternatif sinusoïdal : grandeur électrique (courant ou tension) dont la variation suit une loi sinusoïdale au cours du temps (Exemple fréquence EDF : 50Hz). - Courant électrique : Flux de charges électriques (électrons) (exprimé en coulomb C) traversant une section pendant une seconde (Ampère : 1A = 1C / 1s). - Tension électrique : Différence de potentiel (Volt : V). - Résistance : traduit la plus ou moins grande aptitude d un corps à s opposer au courant (Ω). - Travail (énergie) : Supposions que vous ayez à transporter un tas de terre provenant de votre jardin d'un point A vers un point B et ce à l'aide d'une brouette. Le contenu de votre brouette sera une charge (au propre comme au figuré) que vous allez déplacer, pour faire rouler la brouette il vous faudra de l'énergie (beaucoup). Quand vous aurez mené à bien votre mission au bout de quelques heures, vous serez heureux de constater votre travail. Il en va de même en électricité. Les charges (les électrons) déplacés par l'action de la tension dans un temps "t" effectuent un travail (Joules : J). - Puissance : quotient du travail accompli par la durée d accomplissement (dérivée de l énergie par rapport au temps). La puissance traduit de la capacité à faire un travail en un temps donné (Watt : 1W = 1J / 1s). II- Analogie avec l hydraulique : Pour comprendre l interaction entre les grandeurs électriques, faisons l analogie avec l hydraulique : Tuyau Vanne réglable Réserve d eau Débit d eau Altitude + Pompe Différence d altitude Altitude - Fil électrique Courant Résistance variable R Tension Potentiel + Source électrique Potentiel - 08-09 SSI CI3 Page 1/5
Pompe + réservoir d eau Débit d eau (courant) Altitude +/- Différence d altitude Tuyau Vanne Source électrique Courant électrique Potentiel +/- Différence de potentiel ou tension Fil électrique (s il est parfait, le potentiel et constant) Résistance III- Relations entre les grandeurs électriques : a. Loi d ohm : I R U R = R. I R (V) = (Ω). (A) R U R Remarques : - On dit que le courant traverse la résistance ; - On dit que la tension est appliquée aux bornes de la résistance - La résistance est un récepteur (absorbe de l énergie électrique). Elle est donc fléchée en convention récepteur (cad. Tension fléchée dans le sens inverse du courant) b- Loi de la puissance p : puissance instantanée p(t) = u(t). i(t) P : puissance (W) = valeur moyenne de la puissance instantanée i(t) En continu : U et I sont constants P = U. I W : énergie (J) : W = U I t u(t) En alternatif monophasé : i(t) = î sin (2.π.f.t - ϕ) (I eff =î/ 2) et v(t) = û sin (2.π.f.t) (U eff =î/ 2) Donc P = U eff. I eff. cosϕ En alternatif triphasé : P = 3. U eff. I eff. cosϕ 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400 0 0,005 0,01 0,015 0,02 v(t) i(t) 08-09 SSI CI3 Page 2/5
IV- Lois de l électrocinétique : a. Conventions : Récepteur Un dipôle qui consomme de l énergie électrique reçoit un courant entrant dans sa borne qui est au potentiel le plus élevé. Cela se traduit par le schéma suivant : U I U>0 I>0 Générateur Un dipôle qui produit de l énergie électrique envoie un courant sortant de sa borne qui est au potentiel le plus élevé. Cela se traduit par le schéma suivant : I U U>0 I>0 b. Loi des mailles : Maille = boucle fermée. Σ tensions sur une maille = 0 (somme algébrique : on dessine le sens de rotation dans la maille et on compte positif toutes les tensions rencontrées par le talon et négatif celles rencontrées par la flèche) U1 Flécher 3 mailles dans le dessin ci-dessous et donner les équations de la loi de chaque maille : Maille 1 : U1-U4-U3-U2=0 U2 U4 Maille 2 : U1-U4-U5+U6-U2=0 U3 Maille 3 : En combinant les 2 on peut trouver la 3 ème relation, ou alors on le fait directement U5 U6 U3-U5+U6=0 c. Loi des noeuds : Nœud = point d un circuit électrique où plusieurs conducteurs se retrouvent connectés. I2 I1 Σ courants du noeud = 0 (somme algébrique : Les courants entrants sont comptés positifs et les courants sortants négatifs) I3 Donner la relation entre les 3 courants dans le nœud ci-dessous : I1+I2=I3 08-09 SSI CI3 Page 3/5
d. Association de résistances : Les résistances peuvent être associées et leur effet est équivalent à une seule résistance que l on appellera : résistance éqivalente R eq Série R 1 R 2 R n R eq R eq = R 1 + R 2 + + R n Parallèle R 1 R 2 R n R eq 1/R eq = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/ + 1/R n V- Exercices : 10V Indications : - Calculer la résistance équivalente du groupe parallèle - Calculer la résistance équivalente totale - Calculer le courant total I - Calculer la tension aux bornes de la résistance de 8Ω - En déduire la tension aux bornes du groupe parallèle - En déduire le courant dans chaque résistance. 08-09 SSI CI3 Page 4/5
A partir de V BM, calculer la valeur de i R Calculer la valeur de i à partir de E En déduire la valeur de i B En déduire la valeur de i C Calculer la tension V RC En déduire la valeur de la tension V CM Refaire la même démarche, afin de déterminer la relation entre V CM et E Indications : - Pour chaque combinaison du tableau ci-dessus, calculer la résistance équivalente du circuit - En déduire la valeur du courant i 0 08-09 SSI CI3 Page 5/5