Électricité

Rappels

intensité I

• Définition : débit de charges électriques
• Unité : ampère (A)
• Appareil de mesure : ampèremètre
• Branchement : série

Dans un circuit en série, on mesure l’intensité
$I_1$ avant une lampe et $I_2$ après la lampe.
Que peut-on dire ?

1. $I_1 > I_2$
   la lampe consomme du courant
2. $I_1 = I_2$
3. $I_1 < I_2$
4. Ça dépend de la lampe

Le courant n'est pas « consommé » :
en série, l'intensité est la même partout.

Comment effectuer les branchements
pour mesurer $I$ ?

Il faut “casser” le circuit ! Retirer un fil
et mettre l’ampèremètre à la place
(l’ampèremètre doit être traversé par le courant).

Il faut “casser” le circuit ! Retirer un fil
et mettre l’ampèremètre à la place
(l’ampèremètre doit être traversé par le courant).

Quiz multimètre

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Pour la borne A, il y a souvent deux choix possibles sur l’ampèremètre. Il faut toujours commencer par celle protégée par un gros fusible (10 ou 20 A)
et régler le calibre en conséquence.

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Si la valeur lue est inférieure au calibre qui précède,
on peut changer le branchement pour la borne
moins protégée et descendre le calibre.

Exemple :

On lit 0,25 A sur le calibre 10 A.
Le calibre qui précède indique “200m”.
Peut-on changer de borne de branchement ?

0,25 A = 250 mA
et 250 mA $>$ 200 mA
Donc non !

Quel que soit l’appareil de mesure, on commence toujours par le plus gros calibre !

Et on descend progressivement
(lorsque la valeur lue est
inférieure au calibre
qui précède).

Si un 1 s'affiche seul sur la gauche de l'écran, cela signale que vous êtes hors calibre. C'est mal 💀

Analogie ?  Débit d’une rivière !

Loi des nœuds :

(aussi appelée au collège
“loi d’additivité des intensités”)

Applet geogebra loi des nœuds

tension U

• Définition : différence de potentiel électrique entre deux points du circuit
• Unité : volt (V)
• Appareil de mesure : voltmètre
• Branchement : dérivation

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Lorsqu’on mesure la tension aux bornes
d’un générateur, toujours s’assurer de bien
être branché sur la borne V du voltmètre.
Si branchement dans la borne A,
il y a court-circuit du générateur 💀.

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Analogie ?  Dénivelé d’une rivière !

On peut représenter une tension par une flèche.

Par convention, la flèche pointe
vers la borne V du voltmètre.

Loi des mailles :

(aussi appelée au collège
“loi d’additivité des tensions”)

1. $U_2 = 3\times U_1$
2. $U_2 = U_1/3$
3. $U_1+U_2=0$
4. $U_2 = U_1$

La tension est identique aux bornes de
deux branches en dérivation (même dénivelé).

Applet geogebra loi des mailles

résistance R

Elle lie entre elles la tension et l’intensité

• Définition : c'est le rapport entre la tension et l'intensité
  $\displaystyle R=\frac{U}{I}$
• Unité : ohm ($\Omega$)
• Appareil de mesure : ohmmètre

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Branchement :

Pour mesurer la résistance d’un dipôle, il faut sortir le dipôle du circuit et brancher l’ohmmètre à ses bornes.

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Peut-on avoir tension sans intensité ?

OUI

Où ?

Aux bornes d'une pile non branchée,
d'un interrupteur ouvert relié à un générateur, etc.

Peut-on avoir intensité sans tension ?

OUI

Où ?

Aux bornes d'un fil, d'un interrupteur fermé,
d'un très bon conducteur, etc.
Il faut juste que la résistance du dipôle
soit nulle ou quasi nulle.

Exercices

Caractéristique d’un dipôle

Elle est généralement fournie
sous la forme d’un graphique représentant :

• soit la tension aux bornes du dipôle
  en fonction de l’intensité du courant
  qui le traverse : $U = f(I)$ ;
• soit l’intensité du courant traversant
  le dipôle en fonction de la tension
  appliquée à ses bornes : $I = g(U)$.

Il y a deux montages possibles
pour tracer une caractéristique :

• soit on utilise un générateur variable ;
• soit une résistance variable
  en série avec le dipôle.

Fonctionnement d’un rhéostat :

La caractéristique d’un dipôle ohmique
a la particularité de pouvoir être modélisée
par une fonction linéaire.

Cela signifie que la tension $U_R$ aux bornes
d’un dipôle ohmique est proportionnelle
à l’intensité $I_R$ le traversant.

C’est la loi d’Ohm :

$R$ est la résistance (constante) du dipôle.

Unité : le ohm (Ω)

Un dipôle ohmique de résistance $R = 100~\Omega$
est traversé par un courant $I = \pu{20 mA}$.
Que vaut la tension $U$ à ses bornes ?

1. $\pu{2000 V}$
2. $\pu{5 V}$
3. $\pu{2 V}$
4. $\pu{0,2 V}$

$U = R\times I = 100\times 0,020 = \pu{2,0 V}$
Attention à convertir les mA en A !

Rq :

Un dipôle peut avoir le comportement électrique
d’un dipôle ohmique sur une plage restreinte d’intensité puis s’en éloigner lorsque l’intensité
sort de la plage (sa résistance varie alors).

cf. fin de l'activité 1

La superposition sur un même graphique
de la caractéristique d’un générateur et de celle
d’un récepteur permet de prévoir la valeur de l’intensité du courant délivré par le générateur
et la valeur de la tension aux bornes du récepteur.

Ce sont les coordonnées du point
d'intersection des deux courbes, appelé
point de fonctionnement du circuit.