Les bases de l'électricité

1. Définitions

Ampère: Unité d'intensité du courant électrique (notée A)

Anode: Branche d'arrivée du courant.

Branche: un chemin parcouru par le même courant.

Cathode: Branche de sortie du courant.

Conducteur électrique: matériau permettant des échanges d'énergie entre deux systèmes, par opposition à un isolant.

Dipôle: conducteur électrique possédant deux bornes.

Hertz: Unité de fréquence (notée Hz)

Intensité du courant: Grandeur du courant(notée I ou J)

Maille: trajet fermé.

Noeud: jonction de plusieurs branches.

Ohm: Unité de grandeur de la résistance(notée Ohm (ohmega))

Tension: Grandeur de la tension(notée V ou U)

2. Principaux symboles électriques

3. Notions de base: Tension et différence de potentiel

Un potentiel électrique représente la concentration des éléctrons en un point donné et est exprimé en Volt (V). La tension est la différence de potentiel entre deux points. Entre un point A et un point B, la tension est notée U_AB. Sur les schémas, on note cette tension à l'aide d'une flèche allant de A vers B.

Losque l'on parle de la tension en un point A on parle de la difference de potentiel entre le point A et la masse (qui correspond à 0V).
Remarque: La tension au bornes d'un fil est nulle.

4. Masse d'un circuit électrique

Un circuit électrique est une association de sources et de composants pour produire une fonction utile.

Afin de pouvoir effectuer des mesures de potentiels dans ce circuit, il faut définir la référence de mesure, c'est à dire le zéro volt. Cette référence des potentiels est appelée la masse.

Lorsque l'on dit que le potentiel au point A est de 10V, cela signifie qu'il est supérieur de 10V au potentiel du point de référence qui est 0V. Il est donc supérieur de 10V à celui de la masse.

Attention, la masse correspond à un potention bien défini, le zéro volt, il ne peut y en avoir qu'une dans un circuit! 
Tous les points d'un circuit de potentiel 0 volt constituent l'équipotentielle de masse.

5. Circuit série ou en dérivation

Deux dipôles sont dit en dérivation si leurs entrées et leurs sorties sont aux mêmes potenties de tensions deux à deux. Il sont en série si une seules de leurs deux branches sont en communs. Pour simplifier, si l'on peut prendre plusieurs chemins pour aller d'un point à un autre on est dans un circuit en dérivation et si on ne peut prendre qu'un seul chemin, c'est un circuit série.
Deux dipoles en dérivation sont traversés par le même courant.

6. Loi d'additivité des tensions dans un circuit série

La tension aux bornes d'un ensemble de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun d'eux.

Exemple:

U_AF = U_AB + U_CD + U_EF
U_AB = U_AC (tesion d'un fil nulle)
U_AF = U_AB + U_BD + U_DF

7. Tensions de deux dipôles en dérivation

Deux dipôles en dérivation (ils ont leurs entrées et leurs sorties connectées) on la même tension à leur borne. Cela se comprend facilement car ces deux dipôles ont leurs deux entrées aux même potentiel et leurs deux sorties au même potentiel.

Exemple:

 

8. La loi d'ohm appliquée à une tension continu

La loi d'ohm est la loi de base de l'électricité. Avec une tension continu, elle relie la tension(notée U) au borne d'une résistance(notée R) à l'intensité (notée I) qui traverse la résistance. Elle est définie par:

U = R * I 

Explications physiques: La courant circulant dans une résistance provoque une chute de tension (différence de potentiel) aux bornes de cette résistance. Le courant descend les potentiels (comme de l'eau descent de l'amont (potentiel élevé) vers l'aval (potentiel faible)).
On peut dire aussi que l'existance d'une différence de potentiel entre deux points, les deux bornes de la résistance, provoque la circulation d'un courant dans cette résistance.

Les termes de la loi d'ohm peuvent être variables, la loi d'ohm reste proportionnelle. 

Conventionnellemment, on flèche le courant et la tension dans des sens opposés (Si les valeurs sont positives: la flèche du courant représente le sens du courant tandis que la pointe de la flèche de la tension représente le potentiel le plus fort, c'est à dire, le point ou la tension est la plus élevée). Si on change le sens d'une seule des deux flèches on change le signe de la grandeur que cette flèche représente.

Exercices sur la loi d'ohm

9. Sources et générateurs

1. Source tension

Une source de tension impose une tension constante à ses bornes quelle que soit la charge c'est à dire quel que soit le courant I qui parcourt la source. Il s'agit de l'émément idéal .

2. Générateur de tension

En pratique, la tension V diminue lorsque le courant I augmente. Pour tenir compte de ce phénomène, on introduit la notion de résistance interne du générateur de tension. Le générateur de tension, qui est donc l'élément réel, peut être modélisé par une source de tension E en série avec une résistance r_i.

Remarques: La résistance interne d'un générateur de tension est toujours très faible. Source de tension = générateur de tension avec r_i = 0 ohm

3. Source de courant

Une source de courant impose un courant I constant dans la branche de circuit dans laquelle elle se trouve, quels que soient les autres éléments dans cette branche. Le courant I constant est indépendant de la tension aux bornes de la source. Il sagit de l'element ideal

4. Générateur de courant

En pratique, le courant I varie en fonction de la charge. Pour tenir compte de ce phénomène, on introduit la notion de résistance interne du générateur de courant. Le générateur de courant, qui est donc l'élément réel, peut être modélisé par une source de courant I_S en parallèle avec une résistance r_i.

Remarques: La résistance interne d'un générateur de courant est toujours très élevée. Une source de courant est un générateur de courant avec une résistance r_i infinie (une résistance r_i infinie est équivalente à un fil).

10. Fléchage des courant

Convention générateur: le courant est fléché sortant du générateur.

Pour les autres composants: le fléchage des courants est arbitraire: si l'on obtient un résultat positif lors de l'application numérique alors le courant circule réellement dans ce sens, si l'on obtient un résultat négatifif alors le courant circule dans le sens contraire.

11. Association série de résistances

Un circuit ou association série n'offre qu'un seul trajet au courant entre deux points A et B. Donc tous les composants placés en série entre les point A et B sont parcourus par le même courant.
La résistance équivalente de plusieurs résistances en placées en séries est égales à la somme de ces résistances.

12. Association parallèle de résistances

S'il existe plusieurs chemins pour le courant entre deux points A et B, il s'agit d'uneassociation parallèle. La tension est la même aux bornes de chacune des branches (chacun des chemins) associées en parallèle. Les deux branches ne sont pas parcourue par le même courant.

Exercices associations serie/parallèle

13. Lois de Kirchoff

1. Loi des noeuds

La somme des courants entrants dans un noeud est égale à la somme des courants sortants de ce noeuds.

2. Loi des mailles

La somme algébrique des différences de potentiel le long d'une maille est nulle.

14. Pont diviseur de tension non chargé

Le diviseur de tension est un montage électronique simple qui permet de diviser une tension d'entrée. Sa représentation est:

En utilisant la loi d'ohm on trouve facilement que U = R * I = (R1 + R2) * I et que 
U2 = R2 * I
On obtient donc: U2 = (U * R2) / (R1 + R2)

Si le pont est chargée, c'est à dire qu'il y a une résistance R en parallèle à R2, il suffit de faire la résistance équivalente entre les résistance R et R2 et remplacer R2 dans la formule précédente par R_equivalente

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