Fiche de révision : Les bases de l’électricité

📋 Plan du Cours

1. Charges et courant électrique
2. Conductibilité des matériaux
3. Pont diviseur de tension
4. Lois des nœuds et des mailles
5. Associations de résistances
6. Lois de Kirchhoff
7. Loi des nœuds

📖 1. Charges et courant électrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Électricité : Forme d’énergie produite par le déplacement de particules chargées dans un matériau conducteur sous l’effet d’une différence de potentiel.
• Courant électrique : Déplacement ordonné de charges électriques.

★ À maîtriser

• Dans un atome, les protons portent une charge positive, les électrons une charge négative et les neutrons sont sans charge.

📌 Les électrons se déplacent du pôle négatif vers le pôle positif, tandis que le courant conventionnel est orienté du pôle positif vers le pôle négatif.

Compléments

📌 Les charges de signes opposés s’attirent, tandis que les charges de même signe se repoussent.

💡 Astuce mémo

Les électrons vont de − vers +, mais le courant conventionnel va de + vers −.

📖 2. Conductibilité des matériaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductibilité : Capacité d’un matériau à se laisser traverser par un courant électrique.

★ À maîtriser

• Les quatre familles de matériaux selon leur conductibilité sont :
  • les isolants
  • les semi-conducteurs
  • les conducteurs
  • les supraconducteurs

Compléments

• Les isolants empêchent le passage du courant électrique; le plastique, le bois et le verre en sont des exemples.

• Les semi-conducteurs sont des isolants qui laissent passer le courant dans certaines conditions; la diode, la LED et le transistor en sont des exemples.

• Les conducteurs laissent passer le courant électrique en opposant une faible résistance, variable selon le matériau; l’or et le cuivre en sont des exemples.

• Les supraconducteurs conduisent le courant sans aucune résistance à une température extrêmement basse.

📖 3. Pont diviseur de tension

🔑 Notions clés & Définitions

• Pont diviseur de tension : Montage généralement constitué de deux résistances en série alimentées par une source, qui fournit une tension de sortie inférieure à la tension d’alimentation, prélevée aux bornes de l’une des résistances.

★ À maîtriser

📐 Formule - Dans un pont diviseur, les tensions aux bornes des résistances vérifient $U_1=E\frac{R_1}{R_1+R_2}$ et $U_2=E\frac{R_2}{R_1+R_2}$.

Compléments

📐 Formule - Dans le pont diviseur constitué de deux résistances en série, le courant commun vérifie $I=\frac{E}{R_1+R_2}$.

• Pour E = 15 V, R₁ = 10 kΩ et R₂ = 1,2 kΩ, les tensions calculées sont U_R1 = 13,4 V et U_R2 = 1,6 V.

📖 4. Lois des nœuds et des mailles

🔑 Notions clés & Définitions

• Boucle : Parcours fermé présent dans un circuit électrique.

★ À maîtriser

📌 Dans une boucle électrique, la tension aux bornes de la source est égale à la somme des tensions aux bornes des autres composants.

Compléments

📐 Formule - Pour une source et trois composants parcourus dans une boucle, $U_{source}=U_1+U_2+U_3$.

• Un circuit en série ne comporte qu’une seule boucle, car les charges électriques n’y disposent que d’un seul parcours.

• Dans l’exemple de circuit donné, l’équation de la loi des nœuds est I₁ + I₂ = I₃ + I₄.

📖 5. Associations de résistances

★ À maîtriser

📌 Des résistances en série ont une résistance équivalente égale à la somme de leurs résistances.

📐 Formule - Pour des résistances en parallèle, l’inverse de la résistance équivalente est égal à la somme des inverses des résistances : $\frac{1}{R_{eq}}=\sum_i\frac{1}{R_i}$.

Compléments

• Trois résistances de 8 kΩ, 10 kΩ et 14 kΩ en parallèle ont une résistance équivalente d’environ 3,37 kΩ.

• Dans un circuit où 3 Ω et 7 Ω sont en série, leur équivalente de 10 Ω est en parallèle avec 10 Ω, puis en série avec 5 Ω, la résistance équivalente totale vaut 10 Ω.

• Dans le circuit de l’application, R₂ = 8 Ω et R₃ = 2 Ω sont en série, donc leur résistance équivalente vaut 10 Ω.

• Avec U_AB = 16 V et R₁ = 4 Ω, le courant dans R₁ vaut 4 A selon la loi d’Ohm.

• Dans la branche contenant R₂ et R₃, le courant vaut 1,6 A pour U_AB = 16 V et une résistance de branche de 10 Ω.

• Dans le circuit parallèle de l’application, le courant principal vaut 5,6 A et la résistance équivalente vaut environ 2,86 Ω.

📖 6. Lois de Kirchhoff

🔑 Notions clés & Définitions

• Lois de Kirchhoff : Énoncés qui permettent de prévoir le comportement de l’intensité du courant et de la différence de potentiel dans un circuit électrique.

📝 Points essentiels

• Les deux lois de Kirchhoff sont la loi des nœuds et la loi des boucles, aussi appelée loi des mailles.

📖 7. Loi des nœuds

🔑 Notions clés & Définitions

• Nœud : Point d’un circuit où plus de deux fils se rejoignent.
• Branche : Portion de circuit située entre deux nœuds consécutifs.

★ À maîtriser

📌 Dans un nœud, la somme des intensités du courant entrant est égale à la somme des intensités du courant sortant.

Compléments

• La loi des nœuds est utile uniquement dans les circuits en parallèle, car un circuit en série ne comporte pas de nœud et l’intensité y est la même partout.

📐 Formule - La loi des nœuds s’écrit $\sum I_{\text{entrant}} = \sum I_{\text{sortant}}$.