Fiche de révision : Électricité et champ magnétique

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs et circuits électriques
2. Puissance et énergie électriques
3. Transport et pertes électriques
4. Puissance en régime alternatif
5. Création du champ magnétique
6. Mesure et proportionnalité magnétique

📖 1. Grandeurs et circuits électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Courant électrique : parcourt un circuit et son intensité I s’exprime en ampères (A).
• Tension électrique : règne aux bornes d’un dipôle et s’exprime en volts (V).

★ À maîtriser

• L’intensité du courant se mesure avec un ampèremètre branché en série dans le circuit.

📐 Formule — Pour un conducteur ohmique de résistance R, la tension et l’intensité vérifient $U=R\times I$.

📌 Dans un circuit en série, l’intensité est la même partout, tandis que dans un circuit en dérivation la tension est la même aux bornes de chaque branche.

Compléments

• La tension se mesure avec un voltmètre branché en dérivation, ou en parallèle, aux bornes du dipôle.

💡 Astuce mémo

Courant dans le circuit, tension aux bornes

📖 2. Puissance et énergie électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Puissance électrique : représente l’énergie électrique échangée par unité de temps et s’exprime en watts (W).
• Énergie électrique : reçue par un appareil dépend de sa puissance et de la durée de fonctionnement.

★ À maîtriser

📐 Formule — En régime continu ou stationnaire, la puissance électrique reçue ou fournie vérifie $P=U\times I$.

📐 Formule — L’énergie électrique vérifie $E=P\times t$.

📐 Formule — Un kilowattheure correspond à $1\,\mathrm{kWh}=3{,}6\times10^6\,\mathrm{J}$.

Compléments

• Un démarreur traversé par une intensité de 100 A sous une tension de 12 V reçoit une puissance de 1200 W, soit 1,2 kW.

• Un radiateur de 2000 W fonctionnant pendant 3 heures consomme 21,6 MJ, soit 6 kWh, et coûte 1,50 € au tarif de 0,25 € par kWh.

💡 Astuce mémo

Puissance = rythme, énergie = quantité cumulée

📖 3. Transport et pertes électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Joule : l’échauffement d’un conducteur traversé par un courant, qui dissipe de l’énergie sous forme de chaleur.

★ À maîtriser

📐 Formule — La puissance dissipée par effet Joule vérifie $P_{\mathrm{Joule}}=R\times I^2$.

• L’effet Joule est responsable des pertes en ligne lors du transport et de la distribution de l’électricité.

📌 À puissance transportée constante, augmenter la tension diminue l’intensité du courant puisque $P=U\times I$.

• Un transformateur élévateur augmente fortement la tension à la sortie d’une centrale, puis un transformateur abaisseur diminue la tension près des habitations.

Compléments

• Si l’intensité double, les pertes par effet Joule sont multipliées par quatre.

📌 Le fusible ou le disjoncteur coupe automatiquement le circuit en cas de surintensité, tandis que le disjoncteur différentiel associé à la mise à la terre protège contre l’électrocution en cas de défaut d’isolement.

💡 Astuce mémo

Haute tension → faible intensité → moins de pertes

📖 4. Puissance en régime alternatif

🔑 Notions clés & Définitions

• Déphasage : le décalage temporel entre les courbes de tension et d’intensité aux bornes d’un dipôle en régime sinusoïdal.
• Facteur de puissance : le cosinus de l’angle de déphasage entre l’intensité et la tension, noté $\cos\varphi$.

★ À maîtriser

📌 En courant continu, la tension et l’intensité sont constantes, tandis qu’en régime sinusoïdal domestique elles varient continuellement dans le temps à 50 fois par seconde en France.

📐 Formule — La puissance active en régime sinusoïdal vérifie $P=U\times I\times\cos\varphi$, où U et I sont les valeurs efficaces.

Compléments

• Un moteur sous 230 V, traversé par 5 A avec un facteur de puissance de 0,8, consomme une puissance active de 920 W.

💡 Astuce mémo

Résistance pure en phase, moteur déphasé

📖 5. Création du champ magnétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ magnétique : une grandeur physique créée par un aimant ou par un courant électrique dans une bobine et exprimée en teslas (T).
• Bobine : un fil électrique enroulé plusieurs fois sur lui-même.

★ À maîtriser

📌 Une bobine parcourue par un courant continu se comporte comme un aimant à pôles Nord et Sud fixes, tandis qu’un courant alternatif fait changer périodiquement le sens du champ magnétique.

📌 Si le sens du courant dans une bobine est inversé, ses pôles Nord et Sud s’inversent également.

Compléments

• Pour déterminer le sens du champ magnétique d’une bobine, on peut placer une boussole près de celle-ci ou appliquer la règle de la main droite.

💡 Astuce mémo

Courant → bobine → pôles magnétiques

📖 6. Mesure et proportionnalité magnétique

★ À maîtriser

• Le champ magnétique terrestre vaut environ $5\times10^{-5}\,\mathrm{T}$, celui d’un aimant de réfrigérateur environ $5\times10^{-2}\,\mathrm{T}$, celui d’un haut-parleur environ $5\times10^{-1}\,\mathrm{T}$ et celui d’un électroaimant environ 10 T.

📌 Pour une bobine sans noyau de fer, l’intensité du champ magnétique est proportionnelle à l’intensité du courant qui la traverse, soit $B\propto I$.

Compléments

• Le champ magnétique se mesure avec un teslamètre et son unité dans le système international est le tesla (T).

• La proportionnalité entre le champ magnétique et le courant est vérifiée si les points du graphique de B en fonction de I sont alignés et passent par l’origine.

💡 Astuce mémo

Champ terrestre faible, électroaimant intense

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs électriques principales