Le matériel électrique et les symboles
(*) suivant branchement
Le circuit électrique
A) Le schéma électrique
Le schéma électrique permet de normaliser le montage avec des symboles basés sur des conventions.
Montage électrique et son schéma correspondant
B) Montage en série, montage en parallèle
Il existe deux montages possibles avec deux dipôles :
le montage « série », dans lequel les dipôles sont branchés l’un après l’autre,
le montage « parallèle » ou « dérivation », dans lequel les dipôles sont montés borne sur borne.
Montage en série
Montage en parallèle
C) Grandeurs, unités et symboles
Les principales grandeurs électriques utilisées jusqu’à présent sont :
la tension, dont l’unité est le volt, de symbole V ;
l’intensité du courant électrique, dont l’unité est l’ampère, de symbole A ;
la puissance, dont l’unité est le watt, de symbole W ;
la fréquence, dont l’unité est le hertz, de symbole Hz.
Le courant et la tension
A) Les mesures
a) La tension
Elle se note U et son unité est le volt (V).
Elle se mesure avec un voltmètre, branché en parallèle (ou dérivation) aux bornes du dipôle.
Dessin et schéma d’un montage avec voltmètre
b) L’intensité du courant
Elle se note I et son unité est l’ampère (A).
Elle se mesure avec un ampèremètre, branché en série.
Dessin et schéma d’un montage avec ampèremètre
B) Les lois
a) La loi d’addivité des tensions
Pour des dipôles branchés en série, les tensions s’ajoutent.
b) La loi des mailles
Définition
Une maille est un chemin fermé dans un circuit électrique.
La somme des tensions (orientées) le long d’une maille est nulle :
–E + U1 +U2 +U3 = 0.
La tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles :
E = U1 +U2 +U3.
Remarque
Des dipôles montés en dérivation (parallèle) sont soumis à la même tension U :
E = U1 = U2 = U.
c) La loi des nœuds
Définition
Un nœud est un point de connexion qui relie au moins trois conducteurs.
Dans un montage en série, l’intensité I est la même en tout point du circuit.
La somme des intensités des courants qui entrent par un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui sortent du même nœud :
I1 + I3 = I2 + I4 + I5.
Exemple
Dans le schéma ci-contre, on a :
– au nœud A : I = I1 + I2 ;
– au nœud B : I2 + I1 = I.
La tension continue et la tension variable
A) Les différents types de tension
Définitions
Tension continue : la tension est toujours la même.
Tension variable : la tension varie en fonction du temps.
Il existe différentes sortes de tensions, dont on peut visualiser l’aspect à l’oscilloscope. Le tableau suivant décrit les types de tension que l’on peut observer.
À savoir
En France, la tension est sinusoïdale de fréquence 50 Hz et de valeur efficace 230V.
B) La tension alternative sinusoïdale
Elle est caractérisée par (voir schéma ci-contre) :
sa période T (en rouge), exprimée en secondes (s) ou sa fréquence f, exprimé en hertz (Hz) ;
sa tension maximale Umax(en vert), appelée amplitude, ou sa valeur efficace Ueff, toutes deux exprimées en volt (V).
Propriétés
f = ; T = .
Umax = × Ueff ; Ueff = ; = .
Remarque
La période est inversement proportionnelle à la fréquence : si la période augment, la fréquence diminue, et inversement.
T1 > T2 ↔ f1 < f2.
C) Les mesures
Les appareils utilisés pour les mesures en électricité sont généralement le multimètre (qui fait à la fois voltmètre, ampèremètre, etc.) et l’oscilloscope. Chaque appareil possède ses avantages et ses inconvénients (précision, aperçu).
Le schéma suivant résume les façons dont on peut calculer les grandeurs électriques à partir des mesures faites à l’oscilloscope et au voltmètre.
La relation entre la tension et l'intensité
A) Les capteurs
Un capteur est un transducteur. Il transforme une grandeur physique Ve en une autre Vs. Le schéma d’un transducteur est donné ci-contre.
Exemples
De nombreux capteurs existent dans la vie courante : le thermomètre, le haut-parleur, le détecteur de luminosité, le microphone, le baromètre, l’anémomètre, etc.
Un capteur électrique résistif est un capteur dont la résistance dépend de la grandeur physique d’entrée.
B La caractéristique d’un dipôle
On appelle caractéristique courant-tension d’un dipôle la courbe représentative de la tension U en fonction de l’intensité du courant I qui le traverse. U = f(I).
Chaque dipôle possède une courbe spécifique, qui le « caractérise » :
Cas particulier : si la caractéristique est une droite passant par l’origine du repère, alors les grandeurs U et I sont proportionnelles et le coefficient de proportionnalité, appelé R, est la résistance du dipôle, exprimée en Ω.
À savoir
Loi d’Ohm :
U = R × I.