Les éléments des circuits

La plupart du temps, on croise des circuits RLC. Ces circuits se composent des éléments suivants :

  • Une résistance ;
  • Un condensateur ;
  • Une bobine.

La résistance

Où trouver des résistances ? Les résistances font partie intégrante de la majorité des circuits ou des appareils électroniques.

Définition d'une résistance

La résistance désigne la capacité physique d'un matériau à s'opposer au passage d'un courant électrique sous une certaine tension. C'est de là que sont nés les composants électriques appelés les résistances.

Notations

Une résistance est habituellement représentée par un rectangle et se note R, K ou M selon sa capacité. R représente les ohms, K les kiloohms et pour finir, M les Megohms.

Composition

Une résistance peut-être composée de divers matériaux selon qu'elle soit de faible ou haute puissance. Par exemple, les résistances de moins de 2 W sont constituées de carbone et de céramique. Ce type de résistance a pour avantage de générer très peu de bruit thermique, ce qui en fait un élément de choix dans les On retrouve aussi lescircuits audio. Les résistances faites pour supporter des puissances supérieures seront quand à elles fabriquées à l'aide d'un cylindre de céramique sur lequel sera enroulé un fil conducteur. Pour finir, les résistances à très hautes puissance sont constituées de solution aqueuse contenant des ions cuivre et qui ralentissent grandement le passage du courant électrique.

Les condensateurs

La définition d'un condensateur

Un condensateur est un composant en électronique qui a la capacité de stocker de l'énergie électrique. Il stocke cette électricité en fonction de la tension qu'il reçoit et ce de manière proportionnelle.

Les marques du condensateur

Selon sa capacité, un condensateur reçoit un marquage signifiant sa valeur. La plupart du temps, le marquage respecte le schéma suivant XXY dans lequel la partie XX correspond à la valeur et Y à la puissance de 10 en picofarads de symbole pF. Par exemple 122 correspondra à 12 x 102 pF. Il peut aussi arrivé que l'on voit juste une valeur à deux chiffres. Il s'agit dans ce cas d'un marquage d'une valeur en microfarads de symbole µF. Pour finir, quand les condensateurs sont assez gros et laissent la place pour une inscription complète, on retrouve la valeur ainsi que son unité directement marqués sur le condensateur en question.

La modélisation du condensateur

Pour modéliser un condensateur, il faut décrire certaines de ses caractéristiques à savoir la résistance, l'inductance, la valeur de la capacité et parfois l'effet de batterie ou encore l'hystérésis de charge du condensateur.

Les usages du condensateur

Les usages du condensateur

Les condensateurs sont utilisés dans moult domaines.

Stabilité

Les condensateurs peuvent être utilisés dans des installations électriques afin de "lisser" la tension d'un circuit. Dans ces conditions, le condensateur se chargera lors des pics de tension tout en se relâchant lors des baisses de tension. Cette dernière ne subissant pas de fluctuations du point de vue des appareils électriques du circuit et ainsi de leurs utilisateurs. Ils sont donc présents dans de nombreux appareils ménagers que vous possédez chez vous :

  • Plaques de cuisson ;
  • Radiateurs ;
  • Chauffe-eau ;
  • Ordinateur ;
  • Bouilloire ;
  • Sèche cheveux.

Séparer les courants

On peut utiliser les condensateurs afin de séparer deux courants qui seraient présents simultanément : le courant alternatif et le courant continu. En effet, le courant continu ne peut passer à travers un condensateur car il ne se vide que quand sa capacité maximale est atteinte et ne peut donc pas délivrer le courant de façon continu.

Traiter les signaux

Les condensateurs sont capables de filtrer des signaux périodiques. Par exemple, dans une radio, le condensateur peut filtrer le signal sinusoïdale périodique de la radio FM.

Stocker

Dans le cas des super condensateurs, il peuvent être utilisés afin de stocker de l'énergie. En effet, leur grande capacité leur permet de retenir beaucoup d'énergie.

La bobine

Une bobine est un composant électrique dont la fonction est de s'opposer au passage du courant.

Notation

Comme sur les résistances, il existe un code couleur pour connaître la valeur des bobines. Voici un tableau qui les détaille :

CouleurPremier anneauDeuxième anneauAnneau multiplicateur
Blanc99109 µH
Jaune44104 µH
Gris88108 µH
Violet77107 µH
Bleu66106 µH
Vert55105 µH
Orange33103 µH
Rouge22102 µH
Marron11101 µH
Noir001> µH
Or10-1 µH
Argent10−2 µH

Composition

Une bobine se compose d'un enroulement de fil conducteur, généralement à base de cuivre, autour duquel sont assemblées des feuilles de fer conducteur.

Utilisations

On utilise les bobines dans de nombreuses fonctions du quotidien. Par exemple, on retrouve les bobines dans les voitures, dans la bobine d'allumage. Cet organe du moteur a pour fonction de produire une grande quantité d'énergie. On les retrouve donc dans le circuit des bougies d'allumage afin de fournir les étincelles nécessaires à l'allumage des cylindres. On retrouve aussi les bobines dans les éléments électromagnétiques. En effet, la bobine a de grandes capacités pour les électroaimants et relais électromécaniques. On peut aussi les rencontrer parfois dans les filtres de signal électrique. Ils peuvent réduire l'ondulation résiduelle ou les fréquences parasites.

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Les différents courants

Le courant alternatif

L'électricité est un phénomène naturel qui a commencé a être étudié dès le 16 ème siècle. L'arrivée du courant alternatif date de 1882 en France par l'invention de l'ingénieur Lucien Gaulard : le transformateur. Cela créa une véritable révolution dans l'industrie de distribution d'électricité. Comme le courant alternatif présentait plus d'avantages, il a rapidement remplacé le courant continu.

Un transformateur est un appareil censé modifier la tension et l'intensité d'un courant délivré par une source d'énergie alternative sans en changer la fréquence ou la forme.

Le courant alternatif correspond à un courant qui produit toujours de la même façon et ce sont les mêmes mécanismes qui entrent cause. Afin de créer du courant alternatif, on utilise une turbine et un alternateur. C'est également ainsi qu'il est produit dans les centrales électriques. En voici le détail :

  1. Une turbine est mise en rotation par de l'eau ou de la pression comme de la vapeur d'eau ;
  2. La turbine entraîne alors l'axe du rotor de l'alternateur sur lequel sont encrés plusieurs électroaimants ;
  3. Le courant électrique alternatif est produit par les interactions entre les électroaimants du rotor et le fil de cuivre en bobines autour du stator.

On dit d'un courant électrique alternatif qu'il est périodique et sinusoïdal. Périodique car sa tension change de sens de manière périodique en s'inversant constamment et sinusoïdal car la tension varie au cours du temps en décrivant une courbe sinusoïdale.

Intensité et différence de potentiel

Définition : Un courant électrique est dû par un déplacement de porteurs de charge : Les électrons e- dans les métaux. Qe= - 1,6 10-19 C = -e (avec e charge élémentaire) Les ions dans les solutions charges ηe L'intensité du courant continu dans un conducteur est le débit de porteurs de charges traversant une section du conducteur par unité de temps. C'est donc un nombre de Coulombs par m² et par seconde. L'intensité d'un courant électrique correspond à une des nombreuses grandeurs mesurables au sein des circuits électriques. Cette mesure permet alors de connaître le débit des charges électriques à travers une section du circuit étudié. L'intensité du courant électrique possède comme unité l'ampère qui est noté A. Cette unité tient son nom du célèbre physicien français André-Marie Ampère qui travaillera longuement et produira de nombreux travaux en rapport avec l'électricité. Le courant continu, noté CC en Français ou DC en Anglais, correspond a un courant électrique dont l'intensité reste indépendant du temps, on dit donc de celle-ci qu'elle est constante. C'est notamment le type de courant qui est délivré par les piles ou encore les accumulateurs. On peut donc appeler courant continu tout courant périodique dont l'intensité reste toujours relativement proche de sa valeur moyenne ou encore un courant périodique dont la composante continue, c'est-à-dire sa valeur moyenne est d'importance primordiale. Il est également possible de nommer courant continu tout courant électrique qui circule de façon continue ou très majoritairement dans le même sens. On dit alors de ce courant qui est unidirectionnel.

L'intensité du courant électrique est la même dans tous les dipôles d'un circuit en série : c'est la loi d'unicité de l'intensité dans un circuit série.

Q : charge traversant la section par unité de surface en C , m-² L'intensité se mesure avec un ampèremètre placé en série dans la boucle de courant concernée. L'équation représentant l'intensité du courant électrique est du type suivant : [ i left( t right) = i _ { 0 } cdot sin left( omega cdot t + phi right) ] dans laquelle :

  • i0 correspond à amplitude du signal exprimée en ampères (A) ;
  • φ correspond au déphasage du signal, également appelé phase à l'origine et s'exprime en radians.

Loi des nœuds : La loi des nœuds peut s'interpréter de la façon suivante : Chaque boucle de courant possède sa propre intensité qui ne dépend que du nombre de composants qu'elle contient. Le générateur du circuit doit fournir la somme des intensités nécessaires pour chaque boucle de courant.Sens conventionnel du courant : Le sens conventionnel du courant est par convention du plus vers le moins à l'extérieur du générateur. Il implique que l'intensité porte le signe positif lorsqu'elle est orientée dans le sens conventionnel et négatif dans le cas contraire.

Le courant continu

Le courant continu est un courant électrique dont la particularité est que son intensité reste la même au fil du temps, il s'agit d'une constante.

On le retrouve également sous l'appellation CC ou DC pour "direct current" en anglais.

Production de courant continu

Il existe plusieurs dispositifs qui produisent du courant continu. On y retrouve communément des générateurs tels que :

  • Piles ;
  • Accumulateurs ;
  • Batteries ;
  • Panneaux solaires ;
  • Dynamos.

Quel courant délivre une batterie de voiture ? Les batteries que contiennent nos voitures délivrent du courant continu.

Il faut savoir également que la majeure partie du courant continu que l'on retrouve dans les appareils électriques est issue de courant alternatif redressé par un redresseur.

Un seul nom pour plusieurs types de courant

Le courant continu se décompose en plusieurs courants aux caractéristiques bien particulières. Le courant variable unidirectionnel : Il s'agit d'un courant dont le sens ne change pas mais dont l'amplitude varie au cours du temps. Le courant constant ou courant parfaitement continu : C'est un courant dont l'amplitude et la direction restent constants au fil du temps. Le courant ondulé lissé : Il s'agit d'un courant dont la direction reste constante mais dont l'amplitude peut être amenée à changer au cours du temps.

Taux et calculs sur le courant continu

Les taux permettent de calculer la qualité du courant continu. Un courant parfaitement constant aura un taux nul. Soient : I : Valeur efficace de i Ia : valeur efficace de la composante alternative de i < i > : Valeur moyenne de i Δ (i) = imax - imin : Valeur crête à creux de l'intensité On peut alors calculer les taux suivants : Taux d'ondulation : [ frac {I_{a}} {I} ] Taux d'ondulation efficace : [ frac {I _ {a} } {< i >} ]

Différence de potentiel U : Tension

Définition : On a vu que la tension électrique peut être considérée comme une différence entre deux états électriques appelés potentiel. Elle se compare à l'énergie potentielle de pesanteur mécanique et comme elle, elle permet la mise en mouvement des porteurs de charge. Pour un dipôle de bornes A et B, on note VA le potentiel en A et VB le potentiel en B. La différence de potentiel entre A et B est la tension UAB aux bornes du dipôle. La tension est une grandeur algébrique donc : UAB = VA -VB = - (VB – VA) = - UBA Représentation : On représente un tension UAB par une flèche dont la pointe est sur le premier indice A. On mesure la tension électrique en Volt à l'aide d'un Voltmètre branché en dérivation. Loi d'additivité des tensions : Le générateur donne à chaque boucle de courant la même tension qui est partagée par les éléments des boucles.

La tension peut-elle tuer ? Dans le courant électrique, ce n'est pas la tension qui tue mais bien l'intensité. On considère qu'une installation électrique est dangereuse dès 20 mA.

La puissance électrique : P

Définition : Deux grandeurs sont nécessaires pour rendre compte de l'énergie fournie par un générateur ou reçue par un récepteur. La tension entre ses bornes et l'intensité qui la traverse. On appelle puissance électrique, le produit. P = U I

Schémas

Pour pourvoir allumer et éteindre une lampe, tu vas réaliser un circuit électrique simple, en utilisant les éléments à ta disposition.

Un circuit simple. L'interrupteur est fermé.

Un circuit simple. L'interrupteur est ouvert.

Le matériel

  • Pile plate ;
  • Lampe ;
  • Interrupteur ;
  • Fils de connexion ;
  • Pinces crocodiles.

L'expérience

  • A l'aide du matériel, réalise le montage du document 1 ;
  • Actionne l'interrupteur ;
  • Observe.

Comment fabriquer une lampe torche ? Cette expérience vous permet de créer une lampe torche vous même. Vous verrez à quelle point il s'agit d'une réalisation simple avec des dipôles basiques.

Attention : Il ne faut jamais faire les expériences en utilisant une prise de courant ; tu risques de t'électrocuter. Pile plate : 4,5 Volt Prise de courant : 220 Volt

Conclusion

La pile, la lampe et l’interrupteur reliés par les fils de connexion constituent un circuit électronique.

Circuit 1 : Le circuit est fermé, le courant passe : la lampe brille.

Circuit 2 : L'interrupteur est ouvert, le courant ne passe pas : la lampe ne brille pas.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.