PHYSIQUE-CHIMIE
Objectif : comprendre les concepts de l’électricité
Sommaire:
1. Charges, courant, tension, intensité et résistance d’un circuit électrique
a – Les charges électriques
DÉFINITION : Les charges électriques peuvent être positives ou négatives. Les particules qui portent une charge positive sont appelées des protons, tandis que les particules qui portent une charge négative sont appelées des électrons.
UNITÉ : Coulombs (C)
b – Le courant électrique
DÉFINITION : Les courants électriques sont le mouvement des charges électriques dans un matériau conducteur.
MESURÉ : Ampères (A) à l’aide d’un ampèremètre branché en série
c – La tension électrique
DÉFINITION : La tension électrique, également appelée différence de potentiel électrique, est une mesure de la force qui pousse les charges électriques à travers un circuit électrique
MESURÉ : Volts (U) à l’aide d’un voltmètre branché en dérivation
d – L’intensité électrique
DÉFINITION : Quantité d’électricité (de charges électriques
e – La résistance électrique
DÉFINITION : Rapport entre la tension et l’intensité du courant (limite le courant et réduit la tension), s’oppose au flux électrique
MESURÉ : Ohms (Ω) à l’aide d’un ohmmètre branché en dérivation
| La tension, le courant et la résistance sont également mesurable par un outil polyvalent : le multimètre |
2. Circuit électrique
a. Circuit en série
| Définition | Circuit où tous les composants a sont connectés les un après les autres dans un seul chemin |
| Courant | Passe successivement à travers chaque composant électrique. Si l’un des composants électriques a échoué, cela peut affecter l’ensemble du circuit |
| Résistance | Plus il y a de composants électriques dans un circuit en série, plus la résistance totale sera élevée |
Intensité  | LOI D’UNICITÉ DES INTENSITÉS : intensité est la même dans tous les dipôles I1 = I2 = I3 |
Tension | LOI DES MAILLES : somme des tensions des dipôles est égale à celle des bornes du générateur U = U1 + U2 + U3 |
b – Les circuits en dérivation
| DÉFINITION | Circuit où les composants électriques sont connectés en parallèle les uns avec les autres, c’est-à-dire qu’ils sont connectés sur des branches séparées du circuit |
| COURANT | Se divise entre les différentes branches du circuit. Chaque composant électrique peut fonctionner indépendamment des autres |
RÉSISTANCE | Rt est la résistance totale et R1, R2, etc. sont les résistances individuelles dans le circuit Rt = R1R2/R1+R2 |
INTENSITÉ | LOI DES NŒUDS : la somme des intensités qui entrent dans un nœud est égale à la somme des intensités qui en ressortent I = I1 + I2 |
TENSION | LOI D’UNICITÉ DES TENSIONS : les tensions sont égalesU = U1 = U2 |
c – Les circuits mixtes
DÉFINITION : circuit qui utilise à la fois des composants en série et en dérivation.
COURANT/RÉSISTANCE : Les parties en série du circuit peuvent être traitées comme un circuit en série, tandis que les parties en parallèle peuvent être traitées comme un circuit en dérivation.
3. Les dipôles
1. Dipôles actifs : Fournissent de l’énergie électrique à un circuit (exemples : piles et générateurs)
2. Dipôles passifs : Ne peuvent pas fournir de l’énergie électrique à un circuit (exemples : résistances, condensateurs et inductances)
3. Dipôles linéaires : Obéissent à la loi d’Ohm, c’est-à-dire que la tension à leurs bornes est proportionnelle au courant qui les traverse. (exemple : résistances)
4. Dipôles non linéaires : Dipôles dont la tension à leurs bornes n’est pas proportionnelle au courant qui les traverse. (exemples : diodes et transistor)
5. Dipôles réactifs : Stockent de l’énergie électrique dans un champ électrique ou magnétique. (exemples : condensateurs et inductances)
6. Dipôles dissipatifs : Convertissent de l’énergie électrique en chaleur. (exemple : résistances)
| Dipôles récepteurs | Dipôles générateurs |
| • Résistance : convertit l’énergie électrique en chaleur • Ampoule : convertit l’énergie électrique en lumière • Haut-parleur : convertit l’énergie électrique en son • Moteur électrique : convertit l’énergie électrique en mouvement | • Pile : fournit de l’énergie électrique • Générateur : produit de l’énergie électrique à partir d’une source d’énergie mécanique ou chimique• Panneau solaire : produit de l’énergie électrique à partir de l’énergie solaire • Alternateur : produit de l’énergie électrique à partir de l’énergie mécanique |
4. La loi d’Ohm
DÉFINITION : La loi d’Ohm est une relation fondamentale de l’électricité qui décrit la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique. (exemple : sert à calculer la résistance d’une ampoule)
- FORMULE : R=U/I ou I=U/R ou U=RxI avec R la résistance, U la tension et I l’intensité
La loi d’Ohm a plusieurs expression selon les dipôles sur lesquels on l’applique :
| FORMULE | DIPÔLE |
| U = RxI | dipôle passif linéaire comme une résistance électrique |
| U = E – rI | Cette expression correspond à un dipôle actif linéaire, comme une pile ou un générateur de courant. E est pour la force électromotrice du dipôle et r pour la résistance interne du dipôle |
| U = E’ + r’I | Cette expression correspond également à un dipôle actif linéaire, avec une source de courant programmable E’ est pour la tension de sortie de la source de courant et r’ pourla résistance interne de la source |
| U = E | Cette expression correspond à un fil conducteur idéal, sans résistance, où la tension aux bornes du fil est égale à la tension de la source (E). Cependant, dans la pratique, tous les fils ont une résistance non nulle, qui doit être prise en compte dans l’analyse du circuit. |