Dipôle
Un dipôle est un composant électrique ou un ensemble de composants ayant deux bornes entre lesquelles il peut y avoir une différence de potentiel. Il constitue l’unité de base pour l’étude des circuits électriques.
Potentiel électrique
Le potentiel électrique VA (ou VB) en un point A (ou B) d’un circuit est la grandeur qui mesure l’énergie électrique par unité de charge à ce point. La différence de potentiel entre deux points A et B, notée UAB, correspond à la variation de ce potentiel entre ces points. (Source : Physique - Chimie Lycée)
Branchement en dérivation
Le branchement en dérivation consiste à relier chaque composant directement aux deux bornes d’une source ou d’un autre composant, de façon à ce que chaque branche ait ses propres points de connexion. La mesure de la tension se fait en branchant le voltmètre en dérivation, c’est-à-dire en parallèle avec le dipôle.
Branchement en série
Le branchement en série relie les composants successivement, de manière à ce que le même courant traverse chaque composant. La mesure de l’intensité se réalise avec un ampèremètre branché en série, c’est-à-dire dans le même fil que le courant.
Régime permanent
Le régime permanent correspond à une situation où les grandeurs électriques (tension, courant) sont constantes dans le temps. Le courant électrique est alors un débit de charges électriques constant.
Régime variable
Le régime variable désigne une situation où ces grandeurs évoluent avec le temps. L’intensité du courant peut alors varier, et la charge électrique qui traverse une section du conducteur dans un intervalle de temps infinitésimal est notée δq.
Comprendre les grandeurs fondamentales telles que la tension et l’intensité, ainsi que leurs modes de mesure (en dérivation pour la tension, en série pour l’intensité), est essentiel pour analyser et caractériser tout circuit électrique dans ses régimes permanent et variable.
Tension électrique UAB : La tension UAB est une grandeur algébrique qui mesure la différence de potentiel électrique entre deux points A et B d’un dipôle. Elle peut être positive ou négative selon le sens de référence choisi. La tension UAB est égale à l’opposé de la tension UBA, c’est-à-dire UBA = -UAB.
Flèche tension : La flèche tension est une représentation graphique de la tension électrique entre deux points. Elle indique la direction du potentiel électrique du point A vers le point B, selon le sens choisi pour la mesure.
Voltmètre : Le voltmètre est un instrument de mesure utilisé pour déterminer la tension électrique entre deux points. Il doit être branché en dérivation aux bornes du dipôle pour mesurer la différence de potentiel sans perturber le circuit.
Tension algébrique : La tension est dite algébrique car elle possède une valeur avec un signe, indiquant le sens de la différence de potentiel. La tension UAB est positive si le potentiel en A est supérieur à celui en B, et négative dans le cas inverse.
Différence de potentiel : La tension correspond à la différence de potentiel électrique entre deux points. Elle exprime l’énergie potentielle électrique par unité de charge entre ces deux points.
La tension électrique exprime la différence d’énergie potentielle électrique entre deux points, ce qui est essentiel pour comprendre le fonctionnement des dipôles et la circulation du courant dans un circuit.
Intensité du courant I
L'intensité I est la charge électrique totale Q qui traverse une section d’un conducteur par unité de temps. Elle se calcule par la formule :
I = Q / Δt, où Q est la charge en Coulombs (C) et Δt le temps en secondes (s).
Auteur : La définition est donnée dans le contenu source, sans référence à un auteur spécifique.
Charge électrique Q
Q représente la quantité de charge électrique, en Coulombs (C), qui traverse une section du circuit.
Ampèremètre
L’ampèremètre est un instrument utilisé pour mesurer l’intensité du courant électrique. Il doit être branché en série dans le circuit pour que le courant le traverse directement.
Sens conventionnel du courant
Le courant électrique circule du pôle positif vers le pôle négatif du générateur, selon la convention adoptée. Cela correspond au déplacement des charges positives.
Courant continu
Le courant continu est un courant dont l’intensité reste constante dans le temps. La charge électrique circule dans une seule direction.
Courant variable
Le courant variable est un courant dont l’intensité change au cours du temps. En régime variable, l’intensité est la dérivée de la charge par rapport au temps : i = dq/dt.
L’intensité I correspond à la quantité de charge électrique Q qui traverse une section du circuit par unité de temps, exprimée par la formule I = Q / Δt.
Dans un circuit, le courant électrique circule du pôle positif vers le pôle négatif du générateur, suivant le sens conventionnel.
L’ampèremètre doit être branché en série dans le circuit pour mesurer l’intensité du courant.
En régime variable, l’intensité n’est pas constante ; elle est alors la dérivée de la charge Q par rapport au temps, soit i = dq/dt.
L’intensité du courant représente le flux de charges électriques dans un circuit, ce qui permet de quantifier le passage du courant. En régime variable, cette intensité est la dérivée de la charge par rapport au temps.
Conducteur ohmique : Un conducteur dont la tension aux bornes est proportionnelle à l’intensité du courant qui le traverse. La relation est linéaire, ce qui signifie que la résistance reste constante quelle que soit l’intensité. (Source : contenu fourni)
Résistance R : La propriété d’un conducteur ohmique qui quantifie sa capacité à s’opposer au passage du courant électrique. Elle est constante pour un conducteur ohmique, indépendamment de l’intensité du courant. (Source : contenu fourni)
Loi d’Ohm U = R.I : La loi fondamentale qui relie la tension U aux bornes d’un conducteur ohmique à l’intensité I qui le traverse, par une constante R appelée résistance. Elle s’écrit aussi UAB = R.I, où UAB est la tension entre deux points A et B. (Source : contenu fourni)
Dipôle passif : Un composant électrique qui ne fournit pas d’énergie au circuit, mais en consomme ou en transforme. Le conducteur ohmique est un dipôle passif, transformant l’énergie électrique en énergie thermique. (Source : contenu fourni)
La tension aux bornes d’un conducteur ohmique est proportionnelle à l’intensité du courant qui le traverse, ce qui signifie que si l’on augmente le courant, la tension augmente de façon linéaire. La résistance R de ce conducteur reste constante, ce qui garantit cette proportionnalité. En tant que dipôle passif, le conducteur ohmique ne produit pas d’énergie mais la convertit en chaleur, illustrant son rôle dans la transformation d’énergie électrique en énergie thermique. La loi d’Ohm s’écrit UAB = R.I, établissant une relation linéaire simple entre la tension et le courant dans ce type de composant.
La loi d’Ohm pour un conducteur ohmique établit une relation linéaire simple entre tension et courant, fondamentale pour l’analyse des circuits résistifs.
Récepteur électrique : Composant électrique qui consomme ou transforme l'énergie électrique en une autre forme d'énergie. La tension aux bornes de ce récepteur dépend de l'intensité du courant qui le traverse.
Force contre-électromotrice E' : Tension minimale nécessaire pour que le récepteur produise de l'énergie. Elle oppose la tension appliquée et influence la relation tension-courant.
Résistance interne r' : Résistance propre du récepteur électrique, qui s'oppose au passage du courant. Elle modifie la relation entre la tension aux bornes et l'intensité du courant.
Caractéristique affine UAB = E' + r'.I : Relation entre la tension UAB aux bornes du récepteur et le courant I, représentée par une droite dont la formule est affine, avec E' comme ordonnée à l'origine et r' comme coefficient directeur.
La tension aux bornes d'un récepteur électrique est une fonction affine de l'intensité : UAB = E' + r'.I. Cela signifie que pour un courant I, la tension UAB se calcule en additionnant la force contre-électromotrice E' et le produit de la résistance interne r' par l'intensité I. La caractéristique UAB = f(I) est une droite qui ne passe pas par l'origine, car la présence de E' déplace la droite verticalement. Le coefficient directeur de cette droite correspond à la résistance interne r', indiquant la pente de la relation tension-courant. La force contre-électromotrice E' représente la tension minimale nécessaire pour que le récepteur produise de l'énergie, c'est-à-dire la tension à laquelle le courant commence à circuler dans le récepteur.
La loi d'Ohm pour un récepteur met en lumière la présence d'une force contre-électromotrice et d'une résistance interne, modifiant la relation tension-courant en une droite affine dont la pente correspond à la résistance interne et l'ordonnée à l'origine à la force contre-électromotrice.
Générateur électrique : Dispositif produisant une tension électrique, capable de fournir un courant dans un circuit. (Source : contenu source)
Force électromotrice E : Tension à vide du générateur, c’est-à-dire la tension qu’il fournit lorsque le courant est nul (I=0). (Source : contenu source)
Résistance interne r : Résistance propre au générateur, qui limite le courant et provoque une chute de tension lors du fonctionnement. (Source : contenu source)
Caractéristique affine UPN = E - r.I : Relation linéaire entre la tension aux bornes du générateur (UPN) et l’intensité du courant (I), où E est la tension à vide et r la résistance interne.
La tension aux bornes d’un générateur est donnée par la relation :
UPN = E - r.I
Elle indique que la tension délivrée diminue lorsque l’intensité augmente, à cause de la résistance interne r.
La force électromotrice E correspond à la tension mesurée lorsque le courant est nul (I=0), donc en circuit ouvert.
La caractéristique UPN = f(I) est une droite qui ne passe pas par l’origine, car lorsque I=0, UPN=E. La pente de cette droite est négative et égale à -r, ce qui reflète le rôle de la résistance interne.
Le coefficient directeur de la droite correspond à la résistance interne r du générateur, illustrant la loi d’Ohm appliquée au générateur.
La loi d'Ohm pour un générateur montre que la tension délivrée diminue avec l’augmentation de l’intensité, en raison de la résistance interne r, et que la relation entre la tension et le courant est une droite affine dont la pente est négative.
Énergie électrique Wélec : Quantité d’énergie transférée à un récepteur électrique, calculée par la formule Wélec = UAB × I × Δt, où UAB est la tension aux bornes, I le courant, et Δt la durée.
Puissance électrique Pélec : Taux de transfert d’énergie électrique, défini par Pélec = UAB × I.
Effet Joule : Transformation de l’énergie électrique en énergie thermique dans un conducteur ohmique, lors du passage du courant.
Énergie thermique WJ : Énergie thermique produite par effet Joule, donnée par WJ = R × I² × Δt, R étant la résistance.
Puissance consommée PJ : Puissance thermique dissipée par effet Joule, exprimée par PJ = R × I².
L’énergie électrique reçue par un récepteur est calculée par Wélec = UAB × I × Δt, ce qui correspond à la quantité d’énergie transférée durant une période Δt. La puissance électrique reçue, ou taux de transfert d’énergie, est donnée par Pélec = UAB × I.
Dans un conducteur ohmique, toute l’énergie électrique reçue est transformée en énergie thermique par effet Joule, sans perte. L’énergie thermique produite par cet effet est WJ = R × I² × Δt, R étant la résistance du conducteur. La puissance thermique dissipée par effet Joule est PJ = R × I², représentant la puissance consommée sous forme de chaleur.
L’énergie électrique peut être convertie en chaleur via l’effet Joule, illustrant la transformation d’énergie dans les circuits électriques. La relation entre énergie, puissance, courant et résistance permet de quantifier cette conversion.
| Critère | Conducteur ohmique | Loi d'Ohm | Auteur / Référence |
|---|---|---|---|
| Relation | U = R × I | U = R × I | Contenu fourni |
| Résistance | Constante, indépendante de I | Constante | Contenu fourni |
| Comportement | Linéaire, graphique U en fonction de I | Relation mathématique entre U et I | Contenu fourni |
| Exemple de composant | Fil métallique, résistance électrique | - | - |
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1. En quoi la tension électrique UAB et l'intensité I diffèrent-elles dans leur nature et leur mode de mesure ?
2. Quelle est la définition précise du potentiel électrique VA en un point A d’un circuit électrique ?
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Grandeurs électriques — définition ?
Quantités mesurables dans un circuit électrique.
Dipôle — définition?
Un composant ou ensemble à deux bornes.
Tension électrique — rôle ?
Mesure la différence d'énergie par unité de charge entre deux points.
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