Electricité ÉLECTRICITÉ I.

Electricité ÉLECTRICITÉ I. GÉNÉRATEURS ET RÉCEPTEURS 1) Nature du courant électrique et grandeurs caractéristiques Le courant électrique est un mouvement ordonné de charges électriques (électrons ou ions), circulant au sein des matériaux qui constituent le circuit électrique. 2 grandeurs sont utilisées pour caractériser un courant électrique : L'intensité I exprimée en ampère (A) Elle correspond au débit d'électrons dans le circuit électrique. Exemple : lampe de poche (300 mA), appareil de cuisson (30A) Une intensité voisine de 10mA qui traverse le corps humain peut déjà provoquer des contractions musculaires. La tension U exprimée en volt (V) Appelée aussi différence de potentiel, elle correspond à une « différence de niveau électrique » mesurée aux bornes d'un élément du circuit. C'est l'existence de cette tension qui est à l'origine de la mise en mouvement des électrons dans un circuit, donc du passage du courant. Remarque : tension d'un pile plate au repos (4,5V) / tension d'une pile ronde au repos (1,5V) Le sens conventionnel du courant est le sens inverse du déplacement d'ensemble des charges électriques. Quand le courant conserve un sens courant, on parle de courant continu (ex : circuits alimentés par des piles). On dit alors qu'à l'extérieur de la pile, le courant circule de la borne (+) à la borne (-) de la pile. Quand la tension appliquée est alternative, les charges électriques ont un mouvement d'ensemble alternativement dans un sens puis dans un autre : on parle de courant alternatif. La fréquence des changements de sens est caractérisée par le nombre de cycles/seconde appelé fréquence du signal électrique. Remarque : en France, le courant du secteur a une fréquence de 50 hertz (Hz) : il y a 50 cycles/sec, soit 100 changements de sens pour le courant. D'autres grandeurs électriques sont utilisées : - la puissance électrique P exprimée en watt (W) - l'énergie électrique E exprimée en joule (J) 2) Des générateurs et des récepteurs variés Le générateur Dispositif capable de faire circuler du courant électrique dans un circuit extérieur. Les générateurs sont aussi appelés dipôles actifs. Exemple : pile, batterie d'accumulateurs, photopile, alternateur (ou génératrice) de bicyclette Le récepteur Dispositif qui a besoin d'être alimenté en courant électrique pour fonctionner : sans liaison avec un générateur, la tension à ses bornes est nulle. Les récepteurs sont aussi appelés dipôles passifs. Exemple : lampe, vibreur (buzzer), moteur, DEL ou LED (diode électroluminescente) Certains récepteurs sont insensibles au sens du courant (ex : lampes à incandescence) : ce sont des dipôles symétriques ou non polarisés. D'autres ne fonctionnent pas ou différemment selon le sens du courant : ce sont des dipôles asymétriques ou polarisés. Exemple : les DEL, qui peuvent servir de détecteurs de sens du courant ; les moteurs à courant continu, dont le sens de rotation s'inverse avec le sens du courant. Electricité Choisir une bonne association générateur/récepteur : pour de bonnes conditions de fonctionnement, la tension aux bornes du générateur doit être voisine de la tension nominale ou tension d'usage du récepteur. Les caractéristiques nominales du récepteur doivent être adaptées au générateur. 3) Quelques symboles électriques Pile Lampe Interrupteur ouvert Interrupteur fermé Moteur Diode Haut parleur vibreur II. CIRCUIT ÉLECTRIQUE 1) Circuit ouvert, circuit fermé Un circuit électrique est fermé quand une chaîne continue d'éléments permettant le passage d'un courant électrique est établie entre les 2 bornes d'un générateur. On a alors réalisé une boucle fermée qui permet au courant électrique de circuler. Si la chaîne est interrompue, le circuit est ouvert et le courant électrique ne peut plus circuler. 2) Conducteurs et isolants Une substance qui permet le passage du courant électrique est dite conductrice ; si elle ne le permet pas, elle est dite isolante. Remarque : en réalité, un matériau est en fait plus ou moins bon conducteur ou plus ou moins isolant. Exemple : - les métaux sont de bons conducteurs - l'eau et le corps humain sont conducteurs mais ils opposent une plus grande résistance que les métaux au passage d'un courant électrique - l'air est un bon isolant La résistance électrique R exprimée en Ohm ( ) Elle permet d'avoir des infos sur le caractère plus ou moins conducteur d'un élément de circuit. La résistance dépend de la nature des matériaux présents mais aussi de la forme et des dimensions de l'élément. Remarque : pour mettre en évidence le caractère conducteur des métaux, des circuits simples de type pile - lampe peuvent être utilisés. Dans le cas de l'eau ou du corps humain, il est nécessaire d'utiliser des dispositifs beaucoup plus sensibles an ayant recours à des DEL. 3) Court-circuit Un court-circuit se produit quand on relie 2 bornes d'un dipôle par un bon conducteur. On peut court-circuiter un générateur ou un récepteur. Electricité Quand un générateur est mis en court-circuit, l'intensité du courant peut devenir très importante (même si la générateur est une pile) et provoquer de forts dégagements de chaleur, ou détériorer la pile en laissant couler les substances qu'elle contient. 4) Récepteurs en série, récepteurs en parallèle Dans un montage en série Les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres ; ils forment une boucle simple. Le courant qui les traverse est le même, ils se partagent la tension du générateur et ne fonctionnent pas de façon indépendante : si un des éléments tombe en panne, le circuit est ouvert, aucun courant ne passe dans les autres éléments du circuit quelle que soit leur position. Un interrupteur placé n'importe où sur le circuit commande tous les récepteur à la fois. Dans un montage en parallèle ou en dérivation Chaque récepteur est placé sur une branche différente et reçoit à ses bornes la tension du générateur. Quand 2 lampes sont montées en dérivation sur une pile, elles disposent chacune de la tension de la pile et fonctionnent de façon indépendante. 2 lampes montées en série Si les lampes sont identiques et si leur valeur nominale correspond à celle du générateur, elles brillent de la même manière : faiblement. 2 lampes montées en parallèle Si les lampes sont identiques et si leur valeur nominale correspond à celle du générateur, elles brillent de la même manière : normalement. III. SÉCURITÉ DES PERSONNES ET DES INSTALLATIONS 1) Le courant du secteur Le courant du secteur est un courant alternatif de fréquence 50 Hz : le courant entre alternativement par une borne puis l'autre. L'électricité délivrée par EDF arrive au compteur par 2 fils : le fil de phase (toutes couleurs sauf bleu clair, vert, jeune, et bicolore vert et jaune), le fil neutre (bleu clair). Ce qui distingue ...