circuits électriques. 1 PRÉSENTATION circuits électriques, ensemble de conducteurs reliés entre eux et traversés par un courant électrique. 2 ÉLÉMENTS ACTIFS ET PASSIFS Un circuit électrique comporte deux types de conducteurs : des éléments actifs et des éléments passifs. Les éléments actifs peuvent être des générateurs, définis par leur force électromotrice (f.é.m.) et l'intensité du courant qu'ils délivrent, ou bien des récepteurs, tels que les moteurs, caractérisés par une force contre-électromotrice (f.c.é.m.) et par l'intensité du courant qu'ils consomment (voir Moteurs électriques et générateurs). Parmi les éléments passifs, on peut mentionner les résistances, définies par leur résistance R (sachant que tout conducteur oppose au passage d'un courant une résistance qui dépend du matériau constitutif et de ses dimensions), les bobines d'induction, définies par leur inductance L, et les condensateurs, définis par leur capacité C. Lorsque ces différentes grandeurs sont constantes, le circuit est dit linéaire, car, pour décrire son comportement, on manipule des équations différentielles linéaires à coefficients constants. 3 LOI D'OHM Cette loi fondamentale, formulée par le physicien allemand Georg Ohm en 1827, exprime la tension d'un circuit en fonction de son intensité. Soit une portion de circuit électrique entre deux points A et B, caractérisée par la tension V(t), différence de potentiel entre les bornes A et B, et traversée par le courant i(t) allant de A vers B (voir Électricité). Suivant le type de dipôle passif placé sur cette portion AB, la loi d'Ohm permet d'écrire : Les valeurs R, C et L sont positives et s'expriment respectivement en ohms (symbole ?), en farads (symbole F) et en henrys (symbole H). La loi d'Ohm s'applique aussi bien aux éléments traversés par un courant continu que par ceux traversés par un courant alternatif. 4 LOIS DE KIRCHHOFF Dans un circuit électrique, une branche représente un ensemble d'éléments reliés en série et donc traversés par un même courant, un noeud correspond au point d'intersection de plusieurs branches, et une maille est un ensemble de branches constituant un parcours fermé. Dans un circuit comportant plusieurs branches, on peut alors appliquer les deux lois énoncées par le physicien allemand Gustav Kirchhoff. D'après la loi des noeuds, la somme des courants partant d'un noeud est égale à la somme des courants qui y aboutissent. D'après la loi des mailles, la somme des tensions le long d'une maille est nulle. Ces deux lois sont utilisées pour déterminer certaines intensités ou tensions d'un circuit électrique. 5 LOI DE JOULE Tout courant parcourant un conducteur produit un dégagement de chaleur, appelé effet Joule, provoqué par la résistance ohmique de ce conducteur. Dans ce cadre, la loi de Joule, formulée en 1841 par le physicien britannique James Prescott Joule, stipule que dans un conducteur parcouru par un courant, l'énergie E dégagée sous forme thermique est proportionnelle à la résistance R du conducteur, au carré de l'intensité I du courant et au temps t de passage du courant. Elle se traduit donc par l'égalité E = RI2t. Si on appelle PR la puissance électrique dégagée par effet Joule, cette loi peut encore s'écrire : PR = RI2. Rappelons que l'unité de puissance électrique est le watt (symbole W), correspondant au joule par seconde, soit au produit de 1 volt par 1 ampère. L'effet Joule est utilisé sur les équipements de chauffage électrique. 6 TYPES DE RÉGIMES Un circuit est en régime continu lorsque les sources de tension et de courant sont continues, autrement dit quand les tensions, les intensités, les forces électromotrices et les forces contre-électromotrices mises en jeu ne dépendent pas du temps. Dans un tel circuit, les seuls éléments passifs autorisés sont les résistances, la loi d'Ohm associée aux bobines d'inductance et aux condensateurs faisant en effet intervenir le temps. Un circuit fonctionnant en régime alternatif met en jeu des sources alternatives de courants et de tensions. Un circuit tournant en régime sinusoïdal met en oeuvre des tensions et des courants dont les grandeurs caractéristiques sont représentées par des fonctions sinusoïdales du temps. 7 IMPÉDANCE La loi d'Ohm peut s'appliquer à un circuit en régime sinusoïdal, mais sous une forme plus complexe si sont présentes des capacités ou des inductances qui dépendent du temps. En vue de simplifier les calculs, on introduit alors l'impédance d'un tel circuit, qui correspond au rapport de l'amplitude de la tension du circuit à l'amplitude du courant qui le traverse. Par exemple, dans un circuit « RLC «, associant en série une résistance R, une bobine d'inductance L et un condensateur de capacité C, l'amplitude I de l'intensité du circuit est reliée à l'amplitude E de la tension par la relation I = E / Z, où Z se mesure en ohms. On montre alors que : où f est la fréquence du régime sinusoïdal. Le dénominateur de la fraction ci-dessus représente donc l'impédance du circuit. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.
