ctivité ① Connaître la grandeur et l unité de l intensité électrique. Faire un schéma d un circuit électrique et indiquer le sens du courant 1- Sens du courant et Nature du courant De nombreuses expériences on montré que le courant électrique est dû au déplacement des électrons libres de la borne négative vers la bornes positive du générateur. Le sens conventionnel du courant : sens contraire du sens des électrons. 2- Comment mesurer une intensité électrique L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que MPEREMETRE ① Symbole de l ampèremètre : ② Branchement : Toujours en série dans le circuit 3- Mesurer l intensité du courant dans un circuit Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 4- Grandeur et unités La grandeur mesurée est l intensité et l unité est l mpère de symbole : Multiple et sous multiple : le milliampère (m) ; 1 1000 m Convertir les mesures suivantes : 250 m... ; 4,6... m ; 2,7 m.. ; 0,12... m 1
5- Lois des intensités Dans un circuit en série les intensités sont identiques. I = I 1 = I 2 Dans un circuit en série les intensités sont égales Dans un circuit monté en dérivation les intensités s ajoutent. (Loi des nœuds) I = I 1 + I 2 Dans un circuit en dérivation, la somme des intensités qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent 6- pplications Ex n 1 : L'ampèremètre 1 indique I 1 = 0,325 ; L'ampèremètre 3 indique I 3 = 850 m. 1 Indiquer le sens conventionnel du courant électrique. 2 Quelle indication porte l'ampèremètre 2? Ex n 2 : Déterminer la valeur et le sens du courant I 1. 2
ctivité ② Connaître la grandeur et l unité de la tension. Faire un schéma d un circuit électrique. 1- Comment mesurer une tension électrique L appareil est un multimètre que l on utilise en tant que VOLTMETRE ① Symbole du voltmètre : V ② Branchement : Toujours aux bornes d un récepteur. 2- Tension aux bornes d un dipôle Faire le schéma du montage en utilisant les symboles normalisés. 3- Grandeur et unités La grandeur mesurée est la tension et l unité est le Volt de symbole V. Multiple et sous multiple : le millivolt (mv) ; 1 V 1000 mv et le kilovolt (kv) ; 1 kv 1000 V Convertir les mesures suivantes : 40 mv... V ; 4,5 V... mv ; 1,4 mv... V ; 0,12 kv... V 3
4- Tension aux bornes d une pile On branche aux bornes d une pile un voltmètre : La valeur mesurée dépend comment est branché le voltmètre au borne de la pile. Tension U PN V Com Tension U NP com V La tension est une grandeur algébrique. U PN = -U NP U B 5- Lois des tensions Dans un circuit en série les tensions s ajoutent. (dditivité des tensions) B U pile = U 1 + U 2 Dans un circuit en série les tensions s ajoutent Dans un circuit monté en dérivation les tensions sont identiques. (Unicité des tensions) U pile = U 1 = U 2 Dans un circuit en dérivation les tensions sont les mêmes 6- pplication 1 L interrupteur K est ouvert. Le voltmètre (a), branché aux bornes de la lampe, indique t-il une tension? Même question pour le voltmètre (b), branché aux bornes du générateur. 2 On ferme l interrupteur K. Le voltmètre (a) indique maintenant 2,5 V et le voltmètre (b), 6 V. 3 Quelle est la tension aux bornes de l interrupteur K? 4 Quelle est la tension aux bornes du moteur M? M (b) V V (a) K 4
ctivité ③ Connaître la grandeur et l unité de la résistance. Savoir appliquer la loi d Ohm : 1- Rôle d une résistance dans un circuit On réalise un circuit en dérivation contenant deux ampoules identiques. Dans l une des branches, on rajoute une résistance. I2 G I1 1 2 1-1 En regardant l image attribuer les deux intensités I1 et I2 aux deux ampèremètres. 1-2 Conclusion 2- Loi d Ohm appliquée a un dipôle résistif On place dans un circuit en série une pile, une résistance (R), un rhéostat. On mesure l intensité (I) parcourue dans le circuit avec un ampèremètre et la tension (U) aux bornes de la résistance. On fait varier le curseur du rhéostat et l on relève les deux grandeurs électriques U (tension) et I (intensité) aux bornes du dipôle résistif. On trace U en fonction de I. Que constatez-vous? vec quel modèle mathématique peut-on associé cette courbe. Proposer une conclusion. 5
3- Loi d Ohm Pour un conducteur ohmique (résistance ou dipôle résistif ou résistor), l intensité et la tension sont des grandeurs proportionnelles. Symbole Grandeur Unité U Tension Volt (V) R Résistance Ohm ( ) I Intensité mpère () 4- pplications Ex n 1 : On applique une tension de 220 V aux bornes d un conducteur d une résistance de 330 Ω. ① Rappeler la loi d Ohm et exprimer I en fonction de U et R. ② Quelle est l intensité qui circule dans ce conducteur? Ex n 2 : L intensité qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 Ω, est de 170 m. Rappeler la loi d Ohm puis calculer la tension appliquée à ses bornes. Ex n 3 : Un courant de 33,2 m traverse un conducteur ohmique, lorsque la tension entre ses bornes est de 9 V. ① Rappeler la loi d Ohm et exprimer R en fonction de U et I. ② Calculer la valeur de la résistance du conducteur ohmique. 6
ctivité ④ Connaître la grandeur et l unité de la puissance. Savoir appliquer la relation : 1- Puissance nominale L indication portée sur le culot est la puissance consommée par cette ampoule ou puissance nominale. Indiquer la puissance nominale de cette ampoule. 2- La puissance électrique en courant continu L expression de la puissance électrique est donné par : Symbole Grandeur Unité P Puissance Watt (W) U Tension Volt (V) I Intensité mpère () 3- pplications Ex n 1 : Lorsque cette ampoule fonctionne normalement, la tension appliquée est égale à 240 V, l intensité ainsi mesurée est de 250 m. Calculer la puissance P de cette ampoule. Ex n 2 : Exprimer I en fonction de P et de U, puis calculer l intensité qui circule dans ce fer à repasser. Ex n 3 : Une tension sur une lampe de puissance 1,8 W est parcourue par une intensité de 150 m. ① Exprimer U en fonction de P et de I. ② Calculer la tension U. 7
ctivité ⑤ Connaître les grandeurs et les unités d énergie électrique. Savoir appliquer la relation : 1- Energie électrique L énergie électrique est calculée en fonction de la durée d utilisation de l appareil. Plus la durée de fonctionnement est grande, plus la consommation énergétique sera importante. L expression de l énergie électrique va dépendre de la puissance de l appareille et du temps d utilisation. Elle est donnée par la relation suivante : symbole Grandeur Unités internationales Unités usuelles WE Energie électrique Joule (J) Watt.heure (W.h) P Puissance Temps Watt (W) Watt (W) Seconde (s) Heure (h) retenir : 1 kwh = 1000 W 2- pplications Ex n 1 : Calculer en Joules l énergie absorbée par un radiateur électrique qui consomme un courant de 3 sous 230 V pendant 1 heure. 8
Ex n 2 : Un élève révise son chapitre de physiques pour le prochain contrôle pendant 1 heure et 30 minutes. Pour cela, il s'éclaire avec une lampe de bureau de 60 W. 1 Calculer, en kwh, l'énergie transférée à cette lampe pendant cette révision. 2 Exprimer ensuite ce résultat en joules Ex n 3 : Calculer la tension d alimentation d une résistance d une bouilloire qui consomme 3,6 kj en une minute avec de 5. ide à la résolution : 1 Convertir l énergie en Joules. 2 Exprimer la puissance P en fonction de l énergie (W E ) et le temps ( t). Calculer la puissance (P). 3 Exprimer la tension (U) en fonction de la puissance (P) et l intensité (I). 4 Calculer cette tension (U). Ex n 4 : Calculer le temps de fonctionnement d une lampe qui absorbe 0,2 sous 230 V si elle consomme une énergie de 79200 Joules. 9
ctivité ⑥ Etre capable de définir l effet Joule. Savoir appliquer la relation : et 1- Transformation de l énergie électrique Convertisseur d énergie Transformation en énergie Energie électrique Réception de l énergie Que remarque t-on? 2- Loi de Joule Dans un conducteur ohmique (une résistance), l énergie électrique est intégralement transformée en chaleur. Ce phénomène porte le nom d effet Joule. La puissance électrique : Si l on remplace U par et La loi d Ohm : cela donne : lors Si l on remplace I par cela donne : lors symbole Grandeur Unités internationales P Puissance Watt (W) R Résistance Ohm ( ) I Intensité mpère () U Tension Volt (V) 10
3- vantages de l effet Joule Chaque fois que toute la puissance dissipée est utilisée pour chauffer : Exemple : Les radiateurs électriques ; les plaques de cuisson ; le ballon d eau chaude ; la cafetière électrique. 4- Inconvénients de l effet Joule Chaque fois que la chaleur n est pas souhaitable. Exemples : Un moteur électrique ; une ampoule électrique On parle alors de puissance perdue par effet Joule : Pertes Joule. 5- pplications Ex n 1 : Une bouilloire contient dans sa cuve une résistance : R = 27. L intensité mesurée lors de son fonctionnement est de 8,6. Calculer la puissance dissipée par effet Joule de cette bouilloire. Ex n 2 : Un radiateur électrique est alimenté sous une tension de 230 V. On mesure sa résistance à l aide d un ohmmètre et indique une valeur de 40. Calculer la puissance dissipée. 11
ctivité ⑦ Connaitre la caractéristique d un générateur. Savoir appliquer la relation : 1- Caractéristique d un générateur 1-1 Définition Un générateur électrique (pile) est un convertisseur d énergie qui transforme l énergie chimique en énergie électrique a destination d un ou plusieurs récepteurs. 1-2 Caractéristique Intensité-Tension d une pile vec une pile, on a mesuré dans un circuit les valeurs de I et UPN. On obtient le graphe ci-contre : V RP ① Que constatez-vous? vec quel modèle mathématique peut-on associé cette courbe. ② Calculer la pente de la droite. 2- Loi d Ohm pour une pile La tension (U) aux bornes d un générateur débitant un courant d intensité (I) est donnée par : Symbole UPN Grandeur Tension Unités internationales Volt (V) E Force électromotrice (fem) Volt (V) r Résistance interne de la pile Ohms ( ) I Intensité mpère () 12
3- Mesure de la f.e.m. d une pile Il suffit de brancher directement un voltmètre aux bornes de la pile pour mesurer la force électromotrice d une pile (fem) 4 Intensité coupe circuit Si l on relie deux bornes de la pile avec un fil métallique, on la met en coupe circuit. L intensité du courant qui parcourt alors le circuit coupe. Elle porte le nom d intensité coupe circuit. (I CC). si UPN = 0 alors U E I ICC 5- Générateur de tension parfaite Un générateur de tension parfait ou idéal s il maintient entre ses bornes une tension constante, indépendamment de l intensité du courant qu il débite. Cette tension est égale à la force électromotrice E. llure de la courbe d un générateur parfait : U N I P 6- Bilan énergétique et rendement d un générateur et PU PE PJ pile PU : Puissance utile PJ : puissance perdu par effet joule pertes PE : puissance engendrée ou puissance chimique Le rendement d une pile : 13
ctivité ⑧ Visualiser sur un graphique le point de fonctionnement Savoir appliquer la loi de Pouillet : 1- Visualisation graphique de deux caractéristiques (Pile et résistance) Soit le circuit ci-contre : Loi d ohm pour une résistance : Loi d ohm pour une pile : Lorsque le circuit fonctionne : V Loi de Pouillet : U Point de fonctionnement du circuit I 2- pplication Un circuit électrique constitué d une pile de f.e.m. E = 6 V et d une résistance de 40. L intensité mesurée dans le circuit est de 136 m. Exprimer r en fonction de I, E et R. Puis calculer la résistance interne (r) de la pile. 14