Résumé général sur l'analyse des circuits à courant continu (1) - Cours d'Electricité avec Maxicours

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Résumé général sur l'analyse des circuits à courant continu (1)

1. Résumé sur la nature de l'électricité

• Toute matière se compose de molécules. Celles-ci se composent elles-mêmes d'éléments qui se subdivisent en atomes.

 Un atome est formé d'électrons, de charge négative, de protons, de charge positive, et de neutrons, sans charge.

 On appelle électrons de valence les électrons situés sur la dernière orbite de l'atome. Ce sont ces électrons qui sont responsables de la production d'électricité.

 Au regard de leur conductivité, on peut classer les corps en trois catégories : les conducteurs, les isolants et les semi-conducteurs.

 Les conducteurs, comme le cuivre et l'aluminium, sont des corps qui offrent une très faible résistance au passage du courant. C'est dire que les électrons de valence des corps conducteurs sont faiblement retenus dans leur orbite.

 Les isolants, comme le caoutchouc, le plastique et la porcelaine, sont des corps qui offrent une très grande résistance au passage du courant. C'est dire que leurs électrons de valence sont fortement retenus dans leur orbite.

 Les semi-conducteurs sont des corps qui offrent une résistance moyenne au passage du courant. Ces corps ne sont ni de bons conducteurs ni de bons isolants. Les éléments employés comme semi-conducteurs sont le germanium et le silicium.

a. Méthodes de production de l'électricité

 Il existe deux types d'électricité : l'électricité statique et l'électricité dynamique.

 L'électricité statique correspond à l'accumulation de charges électriques sur les objets.

 Si l'on approche deux corps, l'un chargé positivement et l'autre chargé négativement, il se produit une décharge électrique dans l'espace compris entre les deux corps.

 Il existe des applications pratiques de l'électricité statique. Parmi celles-ci figurent le filtrage électrostatique, la fabrication du papier abrasif et la peinture par pulvérisation.

 L'électricité dynamique correspond au déplacement ordonné d'électrons dans un conducteur.

 Il se produit un déplacement d'électrons dans un conducteur lorsque ce dernier est soumis à une force électromotrice.

 On distingue cinq méthodes pour produire la force électromotrice nécessaire à la production d'un courant électrique : les méthodes chimiques, magnétiques, thermiques, photo-électriques et piézo-électriques.

b. Courants électriques

 Les trois principales sortes de courants électriques sont : le courant continu, le courant alternatif et le courant périodique. 

 Les effets du courant électrique se manifestent principalement de trois façons. On distingue donc les effets thermiques, chimiques et magnétiques.

2. Résumé sur les composants du circuit

• Les composants essentiels à la réalisation d'un circuit électrique sont les suivants :

- générateur de force électromotrice ;

- récepteur d'énergie électrique ;

- système de transmission ;

- appareillage de commande et de sécurité.

• La pile, l'accumulateur et la batterie sont des générateurs de courant continu qui transforment l'énergie chimique en énergie électrique.

• Les piles se caractérisent par :

- un électrolyte plus pâteux que liquide ;

- une tension nominale limitée à 3,2 V ;

- des applications allant des jouets aux appareils photographiques, en passant par les lampes de poche.

• L'élément accumulateur au nickel-cadmium possède un électrolyte pâteux et peut remplacer les piles.

• Les accumulateurs se caractérisent par :

- le fait qu'ils sont rechargeables ;

- un électrolyte liquide ;

- des applications se retrouvant principalement dans les appareils mobiles (véhicules).

- Une batterie est un regroupement de piles ou d'accumulateurs permettant d'obtenir une tension plus élevée ou une capacité énergétique plus grande selon leur branchement.

3. Récepteurs d'énergie électrique

• Les principaux récepteurs d'énergie électrique sont les résistances, les inductances et les condensateurs.

• La résistance (R) s'exprime en ohms (Ω) et s'oppose au passage du courant électrique.

• On utilise fréquemment des multiples de l'ohm, comme le kilo-ohm (kΩ) et le mégohm (MΩ), pour traduire des valeurs de résistances élevées.

• Un code de couleurs indique la valeur des résistances et leur tolérance.

• On mesure la valeur d'une résistance à l'aide d'un ohmmètre.

• L'inductance (L) s'oppose à la variation de l'intensité du courant.

• L'unité de mesure de l'inductance est le henry (H).

• Les inductances sont des bobines de peu ou de plusieurs tours de fil montées sur un noyau d'air ou un noyau ferromagnétique.

• La valeur d'une inductance dépend de quatre facteurs :

- dimensions et forme de la bobine ;

- nombre de tours de fil ;

- nombre de couches de fil ;

- type de noyau.

• Un condensateur a la propriété d'accumuler de l'énergie électrique sous forme de charge (capacité).

• Le symbole de la capacité est C et son unité de mesure est le farad (F). Les sous-multiples du farad, que l'on utilise le plus couramment, sont le microfarad (µF) et le picofarad (pF).

• La capacité d'un condensateur dépend de trois facteurs :

- la surface des plaques ;

- la distance entre les plaques ;

- la nature du diélectrique.

• La tension nominale d'un condensateur indique la différence de potentiel maximale que l'on peut appliquer entre ses plaques sans causer la rupture du diélectrique.

4. Système de transmission

- Les conducteurs reliant une source de tension aux différents composants du circuit forment le système de transmission.

- La résistance d'un conducteur dépend de trois facteurs : sa section, sa longueur et la nature de la matière qui le constitue.

- Un câble est un assemblage de deux ou de plusieurs conducteurs dans une même gaine.

- La dénomination des conducteurs et câbles est normalisée par le CENELEC.

- Les conducteurs sont caractérisés par la section de leur âme conductrice en mm2.

- Le courant pouvant circuler dans un conducteur dépend de sa section.

- Les principaux moyens de raccordement des conducteurs sont l'épissure, les connecteurs et la soudure.

5. Appareillage de commande

- Un interrupteur est un dispositif de commande des circuits électriques, il établit ou interrompt le passage du courant.

- Un interrupteur est dit unipolaire, bipolaire ou tripolaire selon qu'il contrôle une, deux ou trois lignes porteuses de courant.

- Il existe une large gamme d'interrupteurs. Parmi ceux-ci, on retrouve les interrupteurs à bascule, les interrupteurs rotatifs, les interrupteurs à bouton-poussoir et les interrupteurs à coulisse.

- Le commutateur permet de changer les connexions du circuit.

6. Dispositifs de sécurité

- Les dispositifs de sécurité incluent les fusibles et les disjoncteurs. On doit changer les fusibles grillés. On ne change pas les disjoncteurs ; il suffit de les ré-enclencher.

- Un fusible est un petit bout de fil ou de ruban métallique conducteur qui fond dès que le courant qui le traverse dépasse une valeur prédéterminée.

- On divise les fusibles en deux catégories : les fusibles miniatures et les fusibles-cartouche.

- Les fusibles-cartouche se divisent en deux catégories. On distingue donc les cartouches cylindriques et les cartouches à couteaux. On utilise les fusibles-cartouche pour des courants de 2 à 100 A.

- On emploie des fusibles miniatures pour la protection des appareils électroniques.

- Un disjoncteur est un interrupteur automatique, qui ouvre le circuit si le courant dépasse une valeur prédéterminée.

7. Résumé sur les montages en série

• On obtient un circuit série en branchant les composants les uns à la suite des autres.

 Les règles les plus importantes à retenir au sujet des circuits série sont les suivantes :

- le même courant parcourt tous les composants :

It = I1 = I2 = I3… = In

- la somme des chutes de tension est égale à la tension de la source :

U = V1 + V2 + V3… + Vn

- la résistance équivalente est égale à la somme de chacune des résistances :

Req = R1 + R2 + R3… + Rn

- l'inductance équivalente est égale à la somme de chacune des inductances :

Leq = L1 + L2 + L3… + Ln

- la capacité équivalente se calcule à l'aide de la formule suivante :

I/Ceq = I/C1 + I/C2 + I/C3… + I/Cn

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