Les bases de l électrcté COS BTS Systèmes Photonqes.A. L électrcté permet de faclement transporter énerge et nformaton. lle permet également de mltples transformatons d énerges : thermqe, lmnese, magnétqe o chmqe. Ce polycopé vos rappellera les bases de l électrcté (o vos les fera décovrr ^^). ègles fondamentales. Crct électrqe n crct électrqe est ne assocaton de composants dont la plparts sont des dpôles, c'est- à- dre q ls possèdent 2 bornes. Grâce à ces brqes élémentares, on pet constter des crcts pls complexes, donc pls rches en potentaltés. fls n crct électrqe comporte a mons : n générater q prodt l énerge n récepter, q consomme l énerge Des fls de lason por transporter l énerge Il exste n vocablare spécfqe à acqérr : Ple Lampe A B C Dpôle : élément avec 2 bornes : Malle : chemn fermé dans n crct : L Nœd : Connexon d a mons 3 dpôles : Branche : Porton de crct comprse entre 2 nœds conséctfs : F D Dpôles en sére : Qand ls appartennent à la même branche, o à n crct q n a q ne malle. Dpôles en parallèles (o en dérvaton) : Qand ls ont lers 2 bornes commnes. Symboles des prncpax dpôles : G L C A M ésstance Bobne Condensater Interrpter Amperemétre oltmétre Moter I Générater déal de tenson Générater déal de corant Ple dode LD Photodode Lampe.2 Corant électrqe Le corant électrqe réslte d n déplacement de porters de charges. Dans les métax, l s agt d électrons de charge e=-,6.0-9 Colombs, dans les lqdes et les gaz, pltôt des ons. Prenons n condcter traversé par des électrons a cors d temps. Pendant n temps Δt, l est passé N électrons, sot ne charge Δq=N.e t N charges passent en t => q=n.,6.0-9 C BTS SP.A. Les bases de l électrcté /7
L ntensté d corant électrqe vat alors : =!! en Ampére A Le corant est donc n débt de charge. Par analoge, por ne rvère, le débt se calcle en m 3 /s, por l ntensté électrqe en Colombs/s o Ampères. Illstraton : La secton drote d n condcter est traversée par de électrons lbres à rason de 2,5.0 8 e- /s. Calclez la qantté d électrcté ayant traversé le condcter en seconde, ps l ntensté d corant. ΔQ= I= q : ben q l falle énormément d électrons por prodre d corant, ls ne se déplacent pas très vte, de l ordre de 60 cm/h dans le cvre. Par contre ne mplson électrqe se déplace qasment à la vtesse de la lmère. On symbolse le corant dans n fl par ne flèche. Por des rasons hstorqes le sens conventonnel d corant est en fat opposé a sens de parcors des électrons. Sens conventonnel d corant Sens de déplacement des électrons Le corant possède n sens et ne ntensté. C est ne valer algébrqe. Lors d n calcl, on chost n sens por le corant. S cel- c est calclé postf, le sens est jste. S l est négatf, c est qe le corant réel crcle dans l atre sens. I =2,3 A I 2 = A +2,3 A A n corant se mesre à l ade d n ampèremètre q sera traversé par le corant à mesrer. Il fat donc ovrr le crct por mesrer le corant, ce q est généralement mpossble sr les cartes électronqes n corant n est donc jamas facle à mesrer en électronqe et on évte de le fare..3 Tenson o dfférence de potentel Por créer d débt dans ne rvère, l fat ne dfférence d alttde. C est la dfférence ΔH entre H2 et H q est responsable d débt, pet mporte la référence de mesre. n électrcté, le phénomène est semblable : ne dfférence de potentel (ddp) o tenson est nécessare por générer n corant électrqe. H2 H H M N MN - MN La tenson entre 2 ponts M et N se mesre en olts avec n voltmètre placé entre les 2 ponts M et N. S l on nverse les bornes d voltmètre, la valer mesrée change de sgne : la tenson est ne valer algébrqe. lle est tojors facle à mesrer, car l est ntle de modfer le montage électrqe : on se greffe drectement sr les 2 ponts q nos ntéressent. On représente la tenson MN par ne flèche dont la ponte est en M et le talon en N. On pet la mettre sos forme de dfférence de potentel :!" =!! en olts BTS SP.A. Les bases de l électrcté 2/7
.4 Los de Krchhoff Les los q régssent l électrcté sont pltôt smples et nttves: I 3 I I 4 I2 Lo des Nœds : La somme des corants entrant sr n nœd vat la somme des corants sortants. I +I 2 =I 3 +I 4 Cette conservaton d corant se tradt également par ce qe l on appelle parfos la lo des branches : dans ne branche, le corant est dentqe en tos ponts. Applcaton : Nommez les flèches de corant manqantes. crre les los des nœds. A B 2 C 4 D 3 D 5 D0 D2 D3 H G F Lo des malles : La somme algébrqe des tensons d ne malle est nlle C est logqe : fates n tor en montagne, lorsqe vos revendrez à votre votre, vos arez atant monté qe descend, donc la somme des dénvelés vadra zéro. m 6 m -2 m 3 m 3 m 2 m 6 0 m -3 m 3-2 3-3 0 Méthode : Chosr n sens por la malle, et fates en le tor. On comptera postvement les flèches rencontrées par la ponte, négatvement les flèches rencontrées par le talon. Le total est nl. Ic --W-X=0 Méthode non offcelle d prof ^^ : S je cherche la tenson W, je vas magner qe c est n élastqe et qe totes les flèches sont lées entre elles. D cop, elles vont s algner sr W qand je vas l agrandr. S elles sont dans le même sens qe W, je les comptes postvement, négatvement snon. Ic W=- X+-. X W X X X X W=? W=? W=? W= -X+- BTS SP.A. Les bases de l électrcté 3/7
emarqe : l mportant, c est de revenr à son pont de départ, même s l n y a pas de composants. Ans on pet trover c qe =- 2. Dans ce cas là on parle de lo d addtvté des tensons, mas cela revent à travaller dans ne malle. Applcaton : Donner les los des malles dans ce cas. emarqez qe les tensons sr les fls de lasons sont consdérées nlles, ont omet de les représenter. 2 2 3 4 Conclson pratqe : Des éléments en parallèle ont la même tenson à lers bornes. Des éléments en sére sont parcors par le même corant..5 La mystérese masse Je préfère nsster, car la masse possède ne ara magqe por ben des élèves Sele la ddp a ne mportance. Par commodté, on chost arbtrarement n pont comme ayant n potentel égal à 0 o potentel de référence. On l appelle la masse d crct, symbolsée par. Cela permet par exemple de tojors fare des mesres de ddp avec le voltmètre par rapport à la même référence. C est ben pratqe car on ne déplace qe l ne des pontes d oltmètre, et l atre man pet tenr la carte électronqe. On chost de placer la masse sovent sr le potentel le mons élevé de l almentaton d crct, ans les tensons mesrées sont tojors postves. On rele sovent la masse (c'est- à- dre n endrot qe MOI j a baptsé 0) à la carcasse métallqe de l apparel, à la terre o ax 2 por des rasons de sécrté électrqe. Mas ce n est pas ndspensable : votre portable fonctonne pltôt ben même s l n est pas relé à la terre! M M Calcler le potentel en M et en N dans les 2 cas. Le fonctonnement d crct en est- l affecté? MN =6 MN =6 Conclson : N N Alors d où vent le problème avec la masse? Hé ben de la fanéantse des électroncens : por smplfer les schémas, on pet omettre de dessner le fl de lason q exste entre 2 symboles de masse. Cela rend les schémas pls lsbles, et la masse magqe par la même occason BTS SP.A. Les bases de l électrcté 4/7
On observe sr les schémas qe ce symbole devent alors capable d absorber le corant mas également de le restter. Des proprétés assez ncroyables por n pont qe j a baptsé 0 n réalté le corant devra passer dans n fl q n est pls dessné, mas q l ne fadra pas obler de câbler ^^ Conclson : 2 Les dpôles sels 2. La résstance n dpôle résstf s oppose a passage d corant (l résste!) en fasant apparaître ne tenson à ses bornes. Cette tenson est proportonnelle a corant et à n facter appelé résstance q s exprme en Ohms (Ω). Le composant électronqe s appelle offcellement n résstor et possède ne résstance, mas par abs de langage on l appelle résstance. Lo d Ohm en conventon récepter : =., avec en olts, en Ohms Ω et I en Ampères A On parle de conventon récepter lorsqe l on flèche corant et tenson en sens opposés. Cette conventon est ben adaptée ax charges, car alors on obtent des valers postves por le corant et la tenson. On parle de conventon générater lorsqe l on flèche corant et tenson dans le même sens. Cette conventon est ben adaptée ax génératers, car alors on obtent des valers postves por le corant et la tenson. Le générater a en effet n rôle de «pompe à électrons» dans n crct électrqe. S on est en conventon générater por ne résstance, dans ce cas =-. Caractérstqe : tracez- les por =500Ω, 2=kΩ, 3=2kΩ. (ma) Conclson : la résstance n est pas polarsée, on pet la brancher sans se préoccper de son sens. La pente de la caractérstqe vat. ne résstance traversée par n corant va s échaffer par effet Joles. la pssance p q elle dsspera vadra p=., ce q en combnant avec =. donne : p =. =.! =! en Watts W BTS SP.A. Les bases de l électrcté 5/7
Les résstances traversantes qe l on tlse en standard ont ne pssance dsspable maxmale de ¼ Watt. Calcler le corant maxmm q pet traverser ne résstance de 0Ω, ps 00Ω et kω. Donner les tensons correspondantes. Assocaton : n sére, les résstances s ajotent, en parallèle, l nverse de la résstance éqvalente vat la somme des nverses des résstances. On retendra le cas partcler de 2 résstances en parallèle. 2 N Q =+2+ +N 2 N / Q =/+/2+ +/N 2 Q =.2 +2 n montage se retrove très coramment en électronqe, le pont dvser de tenson. Il permet de ne récpérer q ne parte de la tenson d entrée. 2 2 2 =. et =. =0 + 2 + 2 2 Attenton, ces formles ne sont valables q à vde, c'est- à- dre q on ne prélève pas de corant en sorte. Démonstraton : On trove sr cette base des résstances à 3 pattes avec n réglage mécanqe appelé potentomètres. n potentomètre possède ne résstance totale fxe, par exemple 00Ω, et n crser moble por la séparer en dex partes. On pet ans séparer cette résstance entre 20Ω d n coté et 80Ω de l atre par exemple, mas srtot on pet changer cette répartton. On en trove dex tlsatons : montage potentomètrqe por fare varer ne tenson, et montage rhéostatqe por fare ne résstance varable, donc fare varer n corant. s a. s a. a. Montage Potentométrqe Montage héostatqe Lorsqe le corant est nl, alors s= BTS SP.A. Les bases de l électrcté 6/7
2.2 Générater de tenson n générater de tenson parfat délvre tojors la même tenson qel qe sot le corant demandé. n pratqe, les génératers de laboratore pevent être consdérés parfats (varaton d ne dzane de mv por la varaton de corant possble). Tracez la caractérstqe d n générater de tenson parfat de 4. 0, (A) 2.3 Générater de corant n générater de corant parfat délvre tojors le même corant qel qe sot la tenson demandée. Il fat forcément des composants électronqes por créer n générater de corant (por n BON générater de tenson ass ^^). On en tlse pe en électronqe, mas certans capters délvrent ne nformaton sos la forme de corant, les photododes par exemple. Tracez la caractérstqe d n générater de corant parfat de 300 ma. 0, (A) 3 Pont de fonctonnement Lorsqe l on rele ensemble n générater et ne charge, ls ont la même tenson à lers bornes et sont traversé par le même corant. Le pont de fonctonnement de l ensemble sera à l ntersecton de la caractérstqe d générater et celle de la charge. Générater Charge Indqez sr le graphe la caractérstqe d générater, d récepter et le pont de fonctonnement. Les almentatons de laboratore sont des génératers de tensons lmtés en corant. lles délvrent la tenson demandée tant qe le corant est nférer à la lmte fxée. Snon, elle délvre le corant lmte. (A) Tracez la caractérstqe d n générater de 8 lmté a 400 ma. On le charge avec ne résstance de 00Ω. Trovez le pont de fonctonnement. Idem avec ne charge de 0Ω, ps n cort- crct. Conclson : Lorsqe le générater mpose, la charge mpose. 00 (ma) Lorsqe le générater mpose., la charge mpose BTS SP.A. Les bases de l électrcté 7/7