Fiche de révision : Lois fondamentales des circuits électriques

📋 Plan du Cours

1. Énergie et composants des circuits
2. Dipôles, générateurs et récepteurs
3. Grandeurs et mesure électriques
4. Intensité et tension électriques
5. Conventions électriques et lois de Kirchhoff
6. Montages en série et en dérivation
7. Puissance et variables complémentaires

📖 1. Énergie et composants des circuits

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie électrique : Énergie qui se manifeste lors du déplacement des charges électriques, notamment des électrons, et qui peut servir à produire un travail, de la lumière ou de la chaleur.

★ À maîtriser

• Un circuit électrique simple comprend au minimum un générateur, un ou plusieurs récepteurs et des fils de liaison ; il peut aussi comporter un ou plusieurs interrupteurs.

Compléments

• Dans un branchement en série de deux piles, le pôle positif de la seconde est en contact avec le pôle négatif de la première.

• Dans un branchement en parallèle de deux piles, les deux pôles positifs sont reliés ensemble et les deux pôles négatifs sont reliés ensemble.

📖 2. Dipôles, générateurs et récepteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Dipôle : Système comportant deux pôles de branchement dans lequel un courant électrique peut circuler.
• Générateur : Dipôle qui convertit une autre forme d’énergie en énergie électrique et fournit cette énergie au circuit.

★ À maîtriser

📌 Un générateur fournit de l’énergie électrique, tandis qu’un récepteur convertit l’énergie électrique en une autre forme et en consomme.

Compléments

• Une pile ou une génératrice, comme une dynamo, peut être un générateur.

• Un circuit électrique est formé lorsqu’un ou plusieurs récepteurs sont alimentés par un ou plusieurs générateurs.

📌 Un régime continu correspond à une tension invariable dans le temps, tandis qu’un régime alternatif sinusoïdal correspond à une tension variable de forme sinusoïdale.

• Les piles, les batteries et les dynamos fournissent un courant continu, tandis que le secteur fournit un courant alternatif ; les alimentations et les génératrices peuvent fournir un courant continu ou alternatif selon leur type.

📖 3. Grandeurs et mesure électriques

★ À maîtriser

• Les quatre grandeurs électriques principales sont :
  • la tension en volts (V)
  • l’intensité en ampères (A)
  • la puissance en watts (W)
  • la résistance en ohms (Ω)

📌 Un voltmètre se branche toujours en parallèle sur le récepteur ou l’élément dont on mesure la tension.

📌 Un ampèremètre se branche toujours en série dans le circuit.

Compléments

• Un multimètre regroupe notamment :

  • un voltmètre
  • un ampèremètre
  • un ohmmètre

• Un multimètre numérique peut mesurer une tension continue ou alternative, une intensité et une résistance.

📖 4. Intensité et tension électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité du courant : Mesure du flux de charges électriques traversant une section de conducteur par unité de temps ; elle s’exprime en ampères (A) ou en milliampères (mA).
• Tension électrique : Grandeur algébrique assimilable à la différence de potentiel entre deux points d’un circuit.

★ À maîtriser

📌 Un courant électrique circule si le circuit qui lui est proposé est fermé.

📐 Formule - La tension entre A et B vérifie $U_{AB}=V_A-V_B$.

Compléments

• La tension se mesure en parallèle entre les deux points concernés du circuit.

• Une tension plus élevée peut produire une intensité de courant plus grande, comme une pente plus forte accélère une bille.

📖 5. Conventions électriques et lois de Kirchhoff

🔑 Notions clés & Définitions

• Maille : Portion fermée d’un circuit électrique.

★ À maîtriser

• Avec la convention générateur, les flèches de la tension et du courant sont orientées dans le même sens.

• Avec la convention récepteur, les flèches de la tension et du courant sont orientées en sens opposés.

• La loi des mailles affirme que la somme algébrique des tensions le long d’une maille est nulle.

• La loi des nœuds affirme que la somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des intensités qui en sortent.

Compléments

📌 Dans une maille, les tensions orientées dans le sens de parcours choisi sont comptées positivement et celles orientées en sens opposé négativement.

📐 Formule - Pour une maille représentée dans le cours, $U-U_2-U_1=0$, donc $U=U_2+U_1$.

📐 Formule - Pour le nœud représenté dans le cours, $I_3=I_1+I_2+I_4$.

• Le sens conventionnel du courant est opposé au sens réel de déplacement des électrons dans le circuit.

💡 Astuce mémo

Générateur : tension et courant dans le même sens ; récepteur : en sens opposés.

📖 6. Montages en série et en dérivation

📝 Points essentiels

📐 Formule - Dans un montage en série, $I=I'=I''$ et $U=U_1+U_2+U_3$.

📌 Dans un circuit en série sans bifurcation, l’intensité est la même en tous les points et la tension totale est la somme des tensions des récepteurs.

📐 Formule - Dans un montage en dérivation, $I=I'+I''$ et $U=U_1=U_2$.

📌 Dans un montage en dérivation, la tension aux bornes des récepteurs est égale à celle du générateur et l’intensité totale est la somme des intensités dans les récepteurs.

💡 Astuce mémo

En série, le courant est commun ; en dérivation, la tension est commune.

📖 7. Puissance et variables complémentaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Puissance électrique : Énergie électrique transférée par unité de temps.
• Variable d’effort : Variable, généralement notée e, qui tend à déplacer une quantité de matière ou son équivalent.
• Variable de flux : Variable, généralement notée f, qui traduit le déplacement avec un certain débit d’une quantité de matière ou son équivalent.

★ À maîtriser

📐 Formule - En régime continu, la puissance électrique transférée entre deux points vérifie $P=UI$ et s’exprime en watts (W).

• La puissance échangée entre deux éléments s’exprime, quel que soit le domaine considéré, comme le produit d’une variable d’effort et d’une variable de flux.

Compléments

📐 Formule - L’énergie électrique transférée vérifie $W=Pt$ et s’exprime en joules (J).

• Les couples effort-flux présentés sont : la force F et la vitesse v en mécanique de translation, le couple C et la vitesse angulaire ω en mécanique de rotation, la tension u et le courant i en électricité, la pression P et le débit volumique Qv en hydraulique ou pneumatique, la température T et le flux d’entropie S en thermodynamique ou thermique