Cours électrocinétique

Electricité en continu : rappels d’électrocinétique
1°) Le courant électrique
Un courant électrique (déplacement de porteur des charges) ne peut s'établir que dans un
circuit électrique fermé.
Circuit ouvert ( à vide )
Circuit fermé
cas particulier du court-circuit
(danger : à ne pas faire)
I
I= 0 A
I= Icc
U = Uo = U à vide
U
Ucc = 0V
Sens conventionnel du courant: par convention, on dit que le courant sort de la borne + du
générateur; il est opposé au sens réel du déplacement des porteurs de charges. Ce sont les électrons
dans les métaux.
Définition de l'intensité du courant: C'est la quantité d'électricité transportée en une
seconde.
i=∆q/∆t
i en Ampère (A), q en Coulomb (C) et t en seconde (s)
si le courant est constant, alors I = Q / t.
L'intensité du courant est une grandeur algébrique, elle se mesure à l'aide d'un ampèremètre.
2°) Différence de potentiel ( d.d.p ). Tension
UAB
soit un dipôle AB:
A
B
UBA = -UAB
UAB = VA - VB
Ce lit comme suit : la tension entre le point A et le point B ( ou la différence de potentiel entre A et B) est égale au
potentiel électrique du point A moins le potentiel électrique du point B.
La tension est une grandeur algébrique, on la mesure à l'aide d'un voltmètre. Elle s’exprime en
volt ( V).
3°) Convention d'orientation des dipôles
Convention générateur
U
I
Bernaud J
Convention récepteur
Les grandeurs tension et courant sont
toutes deux considérées positives
1/4
I
U
Electricité en continu : rappels d’électrocinétique
4°) Lois élémentaires de l'électricité
4.1) Loi des mailles
maille : chemin fermé passant par différents points d'un circuit.
On choisit un sens de parcours arbitraire de la maille et un point de départ.
On affecte le signe + aux tensions dont la flèche indique le même sens.
On affecte le signe - aux tensions dont la flèche indique le sens contraire.
La somme algébrique des tensions rencontrées dans la maille est nulle.
Exemple :
U1
U2
Loi de la maille bleue : U5 – U2 + U3 + U4 = 0 V
Loi de la maille rouge : U1 – U5 – U6 = 0 V
U3
U5
U4
U6
4.2) Loi des noeuds
Un noeud est une connexion, qui relie trois fils au minimum. Il ne peut y avoir une
accumulation de charges électriques en un noeud. La loi des noeuds traduit la conservation de la
quantité d'électricité.
La somme des intensités des courants arrivant à un noeud est égale à la somme des
intensités des courants sortant du même noeud.
I1
A
Loi des nœuds en A : I1 + I2 + I3 = 0 A
I2
Loi des nœuds en B : I5 = I2 + I4
I3
Loi des nœuds en C : I4 = I1 + I3 + I5
I1
C
I5
I2
B
I4
Bernaud J
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Electricité en continu : rappels d’électrocinétique
5°) Dipôles passifs linéaires
C'est un dipôle récepteur, il ne fournit pas d'électricité. Sa caractéristique couranttension passe par le point ( 0 A, 0 V ).
Exemples: résistors, lampes...
5.1) Loi d'ohm pour une résistance en convention récepteur
I
R : résistance du résistor ( en Ohm Ω )
G : conductance du résistor ( en Siemens S )
avec G = 1 / R
résrésistor
résistor
istor
U
I=GxU
ou U = R x I ( ceci veut dire qu'aux bornes du résistor R, il y a la
tension U et qu'il est traversé par le courant I ).
5.2) Association de résistances
Association série: Des dipôles sont en série lorsqu'ils sont traversés par le même
courant et partagent une même connexion qui ne soit pas un nœud de courant.
=
R1
R2
Réq
Réq = R1 + R2
En série, les résistances s'additionnent.
Association parallèle : Des dipôles sont en parallèle, lorsqu'ils sont soumis à la même
tension et sont connectés bornes à bornes.
Réq
R2
=
R1
Réq = R1×R2
R1 + R2
Géq = G1 + G2
En parallèle, les conductances s'additionnent.
Dans le cas de n résistances R égales : Req =
6°) Puissance électrique
6.1) Expression générale
Pour un dipôle quelconque,
p = u.i
p en W (Watt) u en V i en A
Bernaud J
i
u
3/4
R
n
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6.2) Pour une résistance en continu
P = U.I or U = R.I
par conséquent P = R. I2
P = U2 / R
R
I
U
Le résistor dissipe la puissance qu’il reçoit sous forme de chaleur, c’est l’effet
Joule.
7°) Energie électrique en régime permanent
Pour un dipôle quelconque,
W = P.t = U.I.t
W en J ( Joule ) P en W, t en s
I
U
Unité usuelle : le Wh : 1 Wh = 3600 Ws = 3600 J
Pour un dipôle linéaire ,
W = U.I.t = R.I2.t
Pour une charge électrique, W = U.I.t = U.Q ( Q : quantité d’électricité ; en
Coulomb )
8°) Conservation de l’énergie, bilan de puissance
Il y a conservation de l’énergie ( rien ne se perd, tout se transforme)
Puissance reçue ou absorbée
Système
étudié
Puissance transmise ou utile
Pertes diverses
Le bilan de puissance correspond à Pabsorbée = Putile + Pertes
Rendement :η =
Bernaud J
Putile
Pabsorbé e
avec 0 ≤ η ≤ 1
4/4