ISLLg - 4TTA - E01
Le
circuit électrique
Présentation
Sa composition
Le générateur transforme de l'énergie non électrique en énergie
électrique.
Exemples : piles, batterie, cellule photovoltaïque, dynamo...
Le conducteur transporte l'énergie électrique.
Exemple : fil de cuivre.
L'organe de commande sert à ouvrir ou fermer le circuit électrique.
Exemples : interrupteur, bouton poussoir...
Le récepteur transforme l'énergie électrique en une autre énergie.
Exemples : lampe, résistance chauffante, sonnette...
Définition
On appelle
circuit électrique l’ensemble des dispositifs de production
d’énergie, des dispositifs de transformations de cette énergie et
des organes de liaison.
La quantité d'électricité
Il existe dans la nature différentes particules chargées
électriquement, soit positive soit négative. Les charges de mêmes
signes se repoussent, sinon elles s'attirent.
Pour l'instant, nous ne considérerons qu'un seul type de particule :
l'électron qui est chargé négativement.
La quantité d'électricité
c’est un nombre d’électrons (de particules chargées) qui est présent
dans un objet soit en excès (objet chargé négativement), soit en manque
(objet chargé positivement).
Symbole : Q
Unité : le Coulomb – C
(1C = 6,
25 x 1018 électrons).
La différence de potentiel
Définition
Pour l'instant, considérons la différence de potentiel comme la
capacité de mettre en mouvement des particules chargées électriquement.
C'est une différence de « hauteur électrique » : tout
comme un objet ne peut tomber que s'il est à une certaine hauteur du
sol, les électrons ne peuvent se mettre en mouvement que d'un potentiel
plus bas (borne - ) vers un potentiel plus haut (borne +) sans apport
d'énergie.
En termes techniques, la différence de potentiel (d.d.p.) est appelée
tension électrique.
Caractéristiques de la tension électrique
Symbole : U
Unité : V
(volt) Multiple : kV
(kilovolt).
Sous-multiple :mV(millivolt).
Mesure d’une tension
Appareil utilisé : le voltmètre.
Raccordement : en parallèle.
Sens conventionnel
Par convention, le potentiel de la borne ( + ) d’un générateur continu
est supérieur au potentiel de sa borne ( - ).
Représentation.
On représente la tension continue entre 2 points :
a)Soit en choisissant un potentiel de référence (ou niveau électrique)
pour une borne et de cette façon pouvoir exprimer le potentiel de
l’autre borne (fig. 1).
b)Soit par une flèche dirigée du potentiel le plus bas au potentiel le
plus élevé (fig. 2).
Exemple :
Conducteurs et isolants
Les conducteurs
Dans les conducteurs certains électrons ne sont pas liés à un atome
précis : ils permettent le passage de charges électriques, et cela même
sous de faibles différences de potentiel. Les conducteurs sont
caractérisés par leur résistivité (voir Loi de Pouillet).
Exemples de conducteurs : Or, cuivre, argent, aluminium ... eau salée
ou acide
Les isolants
Dans les isolants, tous les électrons sont liés à leurs atomes. Sous
des différences de potentiel usuelles, les isolants bloquent le passage
de charges électriques. Il faut de très grandes différences de
potentiel pour arracher un électron à son atomes : c'est la tension de
claquage, l'isolant devient alors brusquement conducteur.
La tension de claquage de l'air est de 1 à 3,6 106
V/m. Il faut donc une ddp de 1000 à 3600V pour faire une étincelle de
1mm !
Exemples d'isolants : Air, verre, porcelaine, plastique...
Le courant électrique
Dans les métaux, se sont les électrons qui sont uniquement libres et
par conséquents ils seront les seuls à pouvoir circuler. Ce
déplacement ne peut se produire que si le circuit électrique est
rebouclé aux deux bornes du générateur via le récepteur. Des
électrons sont en surplus du côté négatif du générateur et vont se
déplacer vers l’autre borne, poussés par la différence de potentiel
présente aux bornes du générateur. Ce phénomène est appelé «courant
électrique ».
NB : si le déséquilibre est instantané entre les bornes + et - (un
électron sort dès qu'un autre électron rentre à l'autre borne), la
vitesse des électrons dans les conducteurs est très lentes
(généralement inférieure à 1m/h) : ils se repoussent l'un l'autre
instantanément, mais se déplace lentement.
Définition du courant électrique
Un courant électrique est un mouvement ordonné d’électrons dans une
même direction. Comme ce courant peut circuler avec un débit
plus ou moins grand, on parle d’intensité du courant électrique.
On appelle intensité du courant électrique la quantité d’électricité
qui passe en un point du circuit par unité de temps.
I = Q/t
Pour qu’un courant circule dans un circuit
électrique, il faut 2 conditions :
- que le circuit soit fermé (ex : si l'interrupteur est
ouvert, la lampe ne s'allume pas).
- avoir une différence de potentiel présente aux bornes du
circuit (ex : si la pile est déchargée, la lampe ne s'allume pas).
Caractéristiques de l’intensité du courant électrique
Symbole : I
Unité : Coulomb / seconde = Ampère
C
/
s
= A
Multiple : kA (kiloampère).
Sous-multiple : mA
(milliampère).
Mesure d’une intensité
Appareil utilisé : Ampèremètre.
Raccordement : en série.
Sens de l’intensité du courant électrique.
a) Sens conventionnel.
Choisi du + au – et ceci en tenant compte que la borne positive a un
potentiel plus élevé que la borne négative. Sens que nous
utilisons encore actuellement.
b) Sens dans les métaux.
Plus tard on a constaté que se sont les électrons qui circulent dans
les métaux et donc ils vont de la borne négative à la borne positive.
Représentation.
Par une flèche sur le conducteur dans le sens conventionnel.
Formule et unités
I = Q/t
I : toujours en
ampère - A.
Q : en C
Q : en Ah
t : en s
t : en h
Unité industrielle de la quantité d’électricité :
Pour des besoins de facilité, on utilise souvent l’heure (h) comme
unité de temps. Dès lors, on exprime la quantité
d’électricité en Ah.
1 Ah = 3600 C
Auteur :
Marc PHILIPPOT - Version du 08/09/2011
