I/ Circuit électrique en courant continu

A) La tension électrique

La tension électrique est une grandeur que l'on mesure à l'aide d'un voltmètre; elle s'exprime en volts (V). Le voltmètre se branche en dérivation. La tension électrique existant entre deux points A et B est notée UAB.

UAB = VA - VB

  avec UAB: Tension électrique existant entre les points A et B en volts (V).
VA: potentiel électrique au point A en volts (V).
VB: potentiel électrique au point B en volts (V).

Remarque: La tension électrique est une grandeur algébrique:

UAB = VA - VB

  =>

UAB = - (VB - VA)

  =>

UAB = - UBA

B) Intensité du courant électrique

L'intensité du courant électrique se mesure à l'aide d'un ampèremètre, elle s'exprime en ampères (A). L'ampèremètre se branche en série.

Remarque: Le sens conventionnel du courant est celui du parcourt du circuit, à l'extérieur du générateur, de la borne positive à la borne négative.

II/Transfert d'énergie dans un récepteur

A) Exemples

Soit le circuit ci-contre. Lorsqu'on ferme l'interrupteur, l'ampoule brille.

  • L'ampoule s'échauffe et fournit de l'énergie à l'environnement par chaleur et par rayonnement.
  • D'autre part, l'ampoule reçoit de l'énergie de la part du générateur.

Dans l'exemple suivant (image ci-contre), lorsque l'interrupteur est fermé, le moteur soulève la charge m.

  • Le moteur fournit de l'énergie à la charge par travail mécanique. Celle-ci la stocke sous forme d'énergie mécanique (énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur).
  • De plus, le moteur s'échauffe et fournit de l'énergie à l'environnement par chaleur et par rayonnement.
  • D'autre part, le moteur reçoit de l'énergie de la part du générateur.

B) Définitions

  • Un récepteur est un appareil qui convertit l'énergie électrique qu'il reçoit en un autre forme d'énergie.
  • Un récepteur est dit passif si toute l'énergie qu'il reçoit est convertie en énergie thermique (conducteur ohmique par exemple).
  • Un récepteur est dit actif s'il convertit une partie de l'énergie électrique qu'il reçoit en une autre forme d'énergie que l'énergie thermique.

C) Energie électrique reçue

Il est évident que l'énergie électrique reçue par un récepteur dépend de:

  • La tension UAB existant entre ses bornes.
  • L'intensité I du courant qui le traverse.
  • La durée Dt de son utilisation.

Wel = UAB.I.Dt

  avec Wel: Energie reçue par le récepteur en joules (J).
UAB: Tension électrique aux bornes du récepteur en volts (V).
I: Intensité du courant traversant le récepteur en ampères (A).
Dt: durée d'utilisation du récepteur en secondes (s).

Remarque: convention récepteur: le courant "descend" les potentiels.

D) Puissance électrique reçue

Définition: On appelle puissance électrique reçue par une récepteur la quantité:

  avec Pel: Puissance reçue par le récepteur en watts (W).
Wel: Energie reçue par le récepteur en joules (J).
Dt: durée d'utilisation du récepteur en secondes (s).

Remarques:

Pel

 = UAB.I.Dt

Dt

  =>

Pel = UAB.I

La puissance électrique permet d'avoir une idée de la rapidité du transfert d'énergie électrique.

 III/ Effet Joule

A) Définition

On appelle effet Joule l'effet thermique associé au passage du courant électrique dans un conducteur.

B) Conducteur ohmique

Définition: Un conducteur ohmique est un dipôle qui vérifie la loi d'ohm. La tension a ses bornes est proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse (voir le TP).

UAB = R.I

  avec UAB: Tension électrique aux bornes du conducteur ohmique en volts (V).
R: résistance du conducteur ohmique en ohms (W)
I: Intensité du courant traversant le conducteur ohmique en ampères (A).

C) Loi de Joule:

Un conducteur ohmique est un dipôle passif. Toute l'énergie électrique qu'il reçoit est transformée en énergie thermique par effet Joule.

On en déduit que:

We = QJ

  Or We = UAB.I.Dt et UAB = R.I

  =>

We = QJ = R.I2.Dt

Remarque: Il est évident que Pe = PJ = R.I2 (PJ: puissance consommée par effet Joule).

D) Application de l'effet joule

Les applications de l'effet Joules sont multiples. Certaines sont utiles, d'autres nuisent au fonctionnement des circuits.

Parmi les effets utiles, citons:

Parmi les effets nuisibles, citons:

  • Le chauffage électriques.
  • L'éclairage par incandescence.
  • Le disjoncteur thermique.
  • Le fusible.
  • L'échauffement des circuits électriques.
  • Les pertes en lignes.
  • La détérioration de certains circuits sous l'effet d'une augmentation de température.

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Olivier

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