Chapitre n°16 Les lois de l’électricité

I. Les lois de l’électricité

1) Représentations de dipôles usuels

Les différents composants essentiels d’un circuit électrique sont représentés par les symboles suivants :
Exercice 1 Dessiner un montage en série qui contient une pile, une lampe, un moteur et un interrupteur fermé
Exercice 2 Dessiner un montage en dérivation d’un générateur G qui alimente deux lampes L1 et L2 avec un moteur M

2) Convention récepteur et convention générateur en électricité

a) La Convention récepteur Pour mesurer une tension U(V), on branche un voltmètre en dérivation. On mesure alors une différence de potentielle entre deux points A et B.

b) Caractéristique d‘un récepteur

La caractéristique tension-courant d’un dipôle est le graphe de U en fonction de I de tous ses points de fonctionnement.

c) Exemples de caractéristiques de dipôles récepteurs

d. Un dipôle particulier : la résistance

Pour une résistance R(Ω) la tension électrique  U(V) est proportionnelle au courant électrique I(A) qui la traverse. Cette particularité se traduit par une caractéristique courant-tension qui forme une droite qui passe par l’origine et la relation : U=R.I

Exercice 3 Quelle est la valeur de la résistance dont la caractéristique est représentée ci-contre : Graphiquement au point A, on a : U=20V et I=0,04A On en déduit : R=U/I=500Ω

e) La convention générateur

La convention génératrice s’applique à un générateur qui délivre un courant électrique. Les flèches de la tension électrique et du courant électrique sont dans le même sens.

f) Exemples de caractéristiques de dipôles générateurs

3) Caractéristiques et point de fonctionnement

Les caractéristiques d’un dipôle générateur et d’un dipôle récepteur permettent de déterminer le point de fonctionnement P lorsqu’ils sont branchés l’un sur l’autre.

Soit on obtient  la tension à leurs bornes et le courant qui les traverse grâce au point d’intersection des deux caractéristiques ;

Exercices n°4 

Quelle est la valeur du courant électrique qui traverse le générateur et la résistance et quelle est la valeur de la tension à leurs bornes ?

Graphiquement :  U_f=6V  et I_f=20mA

4) Les lois de l’électricité

a) La loi des mailles

Dans un montage en série la somme des tensions aux bornes des dipôles récepteurs est égale à celle aux bornes du générateur. Cette loi est celle de l’additivité des tensions (vue en quatrième). On peut également obtenir le même résultat par la loi des mailles (du programme de seconde) : La somme algébrique des tensions le long d’une maille doit être nulle

b) Exemple d’application de la loi des mailles

Dans la maille, ou boucle ci-dessous, on choisit un sens de rotation arbitraire. Toutes les flèches de tensions rencontrées lors du parcours de la maille qui sont dans le sens de rotation sont comptées comme positives et toutes celles rencontrées dans le sens contraire de rotation sont comptées comme négatives. La somme algébrique de toutes les tensions rencontrées est nulle

On a: -U+U1+U2=0    Soit: U=U1+U2

c) la loi des nœuds

Dans un montage en dérivation la sommes des courants électriques des différentes branches correspond au courant électrique dans la branche principale, cette loi est la loi d’additivité des courants électriques (vue en quatrième). Elle correspond à la loi des nœuds (programme de seconde) : La somme des courants électriques qui parviennent à un nœud est égale à la somme de ceux qui en repartent.

d) Application de la Loi des nœuds

Le courant qui arrive au nœud A est I et les courants qui en repartent sont I1 et I2 . On en déduit que: I=I₁+I₂

Exercice n°5

Déterminer la valeur de la résistance R  si  U2=5V E=10V et I1=I2=50mA  On applique la loi des mailles : E-U1-U2=0, soit U1=E-U2=5V On applique la loi des nœuds en A :  I=I1+I2 , soit I=100mA On applique la loi d’ohm : U1=R.I, soit R=U1/I=5/0,1=50 Ω

II Les capteurs

1) définition

Un capteur électrique est un dispositif capable de transformer une grandeur physique en une grandeur électrique.

Un capteur est connecté à un système électronique d’analyse qui peut donner la valeur de la grandeur en rapport à celle électrique mesurée

2) Exemples de capteur