Les circuits électriques Cours

Sommaire

ILes circuits électriquesALe circuit électrique et le courant électriqueBLes deux types de circuits électriquesIILa mesure de l'intensité électrique dans un circuit électriqueADéfinitionBLa mesure de l'intensité électrique avec un ampèremètreCLe calcul d'une intensité dans un circuit électriqueIIILa mesure de la tension électrique dans un circuit électriqueADéfinitionBLa mesure de la tension électrique avec un voltmètreCLe calcul d'une tension dans un circuit électrique
I

Les circuits électriques

A

Le circuit électrique et le courant électrique

Circuit électrique

Un circuit électrique est une association de dipôles parmi lesquels au moins un générateur (qui délivre le courant électrique) et des récepteurs (qui l'utilisent). On peut lui associer un schéma électrique dans lequel les dipôles sont représentés par leur symbole.

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Dans un circuit électrique fermé, le courant circule du pôle + vers le pôle − à l'extérieur du générateur : c'est le sens conventionnel du courant. On le représente par une flèche (ou des flèches) placée sur les fils du circuit.

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B

Les deux types de circuits électriques

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Dans un circuit électrique en dérivation, on distingue deux types de branches :

  • la branche principale est celle qui contient le générateur ;
  • les branches dérivées sont les autres branches.

 

Et on appelle nœuds les points où plusieurs branches sont connectées (ils correspondent donc à l'intersection d'au moins trois fils). Généralement, on nomme les mailles et les nœuds à l'aide de lettres placées au niveau des angles du schéma électrique.

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Dans ce schéma électrique, on compte :

  • trois mailles : ABEF (qui contient le générateur et la lampe), BCDE (qui contient la lampe et le moteur) et ACDF (qui contient le générateur et le moteur) ;
  • deux nœuds : B et E qui sont à l'intersection des trois branches.
II

La mesure de l'intensité électrique dans un circuit électrique

A

Définition

Intensité électrique

L'intensité électrique, notée I, caractérise le débit de l'électricité dans le circuit. Elle s'exprime en ampères (A) et est représentée sur les schémas électriques par une flèche placée sur les fils et éventuellement accompagnée d'une notation permettant de distinguer des intensités différentes.

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B

La mesure de l'intensité électrique avec un ampèremètre

L'intensité du courant électrique se mesure à l'aide d'un ampèremètre qui doit être :

  • branché en série dans la branche considérée ;
  • être traversé par le courant de telle manière que celui-ci entre par sa borne mA (ou A pour les courants de grande intensité) et sorte par sa borne COM.
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Dans ce schéma, l'ampèremètre mesure l'intensité I1 qui circule dans la branche BE .

Si l'on inverse les bornes de l'ampèremètre, on mesure l'opposé de l'intensité considérée.

C

Le calcul d'une intensité dans un circuit électrique

Loi d'unicité de l'intensité

L'intensité est la même en tout point d'une même branche.

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Loi des nœuds

Dans un circuit en dérivation, la somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent.

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Dans ce circuit, l'application de la loi des nœuds donne :

\displaystyle{I_{\text{générateur}} =I_{\text{lampe}} + I_{\text{moteur}}}

III

La mesure de la tension électrique dans un circuit électrique

A

Définition

Tension électrique

La tension électrique, notée U, correspond à la différence « d'état électrique » entre deux points d'un circuit. Elle s'exprime en volts (V) et est représentée sur les schémas électriques par une flèche conformément à la convention générateur et récepteur.

Convention générateur et récepteur

Pour pouvoir mesurer des intensités et des tensions positives, il faut adopter une convention sur leur sens qui dépend de la nature du dipôle considéré :

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Sur ce schéma, la convention générateur est utilisée pour le générateur et la convention récepteur est utilisée pour la lampe et le moteur.

Si l'on utilise la convention générateur pour un récepteur ou inversement, une des grandeurs, tension ou intensité, sera négative.

B

La mesure de la tension électrique avec un voltmètre

La tension électrique d'un dipôle se mesure avec un voltmètre qui doit être :

  • branché en dérivation à ses bornes ;
  • branché de telle manière que sa borne V soit du côté de la flèche de la tension à mesurer et sa borne COM de l'autre côté.
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Dans ce schéma, le voltmètre mesure la tension électrique du moteur.

Si l'on inverse les bornes du voltmètre, on mesure l'opposé de la tension considérée.

C

Le calcul d'une tension dans un circuit électrique

Loi d'unicité de la tension

La tension aux bornes de dipôles en dérivation est identique.

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Une maille orientée est une maille pour laquelle on a défini un sens de parcours, ce qui permet de faire une somme algébrique des tensions correspondantes.

Étape 1

On représente les flèches des tensions dans la maille considérée.

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Étape 2

On choisit un sens de rotation et on le représente sur le schéma du circuit.

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Étape 3

Lorsque l'on écrit la somme des tensions de la maille :

  • les tensions orientées dans le même sens que celui du parcours sont affectées d'un signe « + » ;
  • les tensions orientées dans le sens opposé à celui du parcours sont affectées d'un signe « - ».

Dans cette maille et avec le sens de parcours choisi :

  • la tension du générateur U_{\text{générateur}}  est affectée d'un signe « + » puisqu'elle est orientée dans le même sens que le parcours ;
  • les tensions de la lampe U_{\text{lampe}}  et du moteur U_{\text{moteur}}  sont affectées d'un signe « - » puisqu'elles sont orientées dans le sens opposé à celui du parcours.

 

La somme des tensions de cette maille s'écrit donc ainsi :

U_{\text{générateur}} - U_{\text{lampe}} - U_{\text{moteur}}

Loi des mailles

Dans une maille orientée, la somme des tensions est nulle.

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Ici, l'application de la loi des mailles donne :
U_{\text{générateur}} - U_{\text{lampe}} - U_{\text{moteur}} = 0 \text{ V}