obj 3 Circuits électriques

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obj 3.1

Dans notre environnement, certaines substances conduisent l'électricité et d'autres non. Lorsqu'une substance conduit l'électricité, on dit qu'elle est conductrice. Lorsqu'elle ne peut pas, on dit qu'elle est un isolant. Vous avez déjà entendu ce terme: un isolant thermique garde la chaleur en lui. Un isolant électrique enpêche l'électricité de passer. Cela explique que dans la technologie, des objets sont fabriqués en différentes substances selon leur nature: conducteur ou isolant. Par exemple, le cuivre est un très bon conducteur mais le plastique est un isolant.

Exercice

Déterminer si la substance est un isolant ou un conducteur.

Cuivre :
Plastique :
Bois sec :
Aluminium :
Eau distillée :
Porcelaine:

obj 3.2

La capacité qu'une substance a de laisser passer le courant est la conductibilité. Plus la conductibilité est grande, mieux le courant passe dans l'objet, le fil. On peut faire varier la conductibilité d'un fil avec quatre facteurs:

Température: Plus la température est basse, plus le fil est conducteur
Vous vous souvenez du numéro de jauge? Plus le numéro de jauge est petit, plus le diamètre est grand et plus la conductibilité est grande.
Longueur du fil: Plus le fil est court, plus la conductibilité est grande.
Nature du fil: Évidemment, si vous avez une substance isolante, la conductibilité sera nulle. Mais les différents conducteurs n'ont pas la même conductibilité. Le cuivre en une conductibilité très grande.

L'inverse de la conductibilité est la résitance. Plus la conductibilté est grande, plus la résistance est faible. La résistance est la capacité qu'a une substance à bloquer le courant. Comme vu précédemment, si on abaisse la température d'une substance, sa conductibilité augmente, donc sa résitance diminue. Sous cet angle, on peut obtenir une résistance nulle si on abaisse une substance à -273 °C (0 K).

LES PROCHAINS OBJECTIFS PORTENT SUR LES CIRCUITS ÉLECTRIQUES. J'ASSUME QUE VOUS AVEZ RÉUSSI LE COURS DE TECHNOLOGIE SECONDAIRE 3.

obj 3.3

Le symbole de l'intensité est I. Pour mesurer l'intensité d'un courant électrique, nous avons besoin d'un ampèremètre. Il nous donnera l'intensité électrique du circuit en ampères (A). Pour s'en servir, nous n'avons qu'à placer l'ampèremètre en série dans le circuit à l'endroit où nous voulons prendre la mesure.

Dans un circuit en série, la mesure de l'ampèremètre est égale partout. Itot = Ia = Ib
Dans un circuit en parallèle de deux ampoules, l'intensité à la sortie de la source est égale à la somme des intensités des deux ampoules. Itot = Ia + Ib

obj 3.4

Le symbole du potentiel électrique est U. Le potentiel électrique (même chose que différence de potentiel) se mesure en Volt (V). Pour mesurer cette valeur, on utilise un voltmètre qui donnera sa mesure en V. Contrairement à un ampèremètre, le voltmètre se branche en parallèle à l'endroit où on veut prendre notre mesure puisque la différence de potentiel s'établit en faisant la différence de potentiel à l'entrée et à la sortie d'une résistance (ampoule).

Dans un circuit en série, la différence de potentiel totale est égale à la somme des potentiels électriques de chaque ampoule (résistance). Utot = Ua + Ub
Dans un circuit en parallèle de deux ampoules, le potentiel électrique est égal partout. Utot = Ua = Ub.

obj 3.5

Comme nous l'avons vu précédemment, la conductibilité nous indique si une substance est conductrice ou isolante. Mais comment savoir quel intensité de courant une résistance donnée (ampoule) peut laisser passer à une différence de potentiel donnée. C'est la conductance. le symbole de la conductance est G. La conductance se mesure en siemens (s) et se calcule grâce à la formule suivante: G = I / U . La conductance est égale à l'intensité sur le potentiel électrique. Ainsi, la conductance d'une ampoule qui laisse passer un courant de 5 A à un potentiel électrique de 10 V est 0.5 S. Ainsi, une substance qui conduit moins bien l'électricité a une conductance plus petite.

Exercice

Trouve la conductance d'une ampoule qui laisse passer un courant de 10 A à une différence de potentiel de 5V. Rép:

obj 3.6

Le symbole de la résistance est R. La résistance est la capacité d'une substance à bloquer le courant électrique. Ainsi, si la conductance est la capacité de laisser passer le courant, ils sont inverses. Si la conductance est grande, la résistance est petite. Ainsi, si G = I/U alors R = U / I. La résistance se mesure en ohms. Donc, 1S = 1/1ohm. La résistance d'une ampoule qui est traversée par une intensité de 5A sous une tension (différence de potentiel) de 20 V est 4 ohms. Il arrive qu'on place dans des circuits électriques, des résistors. Pour connaitre la résistance de ces résistors sans être obligé de la mesurer, il existe une convention de couleurs. Des bandes de couleurs décorent les résistors et avec ces bandes, nous pouvons calculer la valeur de sa résistance.

Code des couleurs:

On peut se rappeler de ces valeurs avec la phrase: Nos Magasins Restent Ouverts Jusqu'à Vendredi. Bienvenue, Vous Gens Bienveillants.

Noir
Marron
Rouge
Orange
Jaune
Vert
Bleu
Violet
Gris
Blanc

Avec ces valeurs, nous pouvons trouver la valeur d'un résistor de la façon suivante: Première bande = dizaine, deuxième bande = unités MULTIPLIÉ par 10 exposant la troisième bande ohms. Ensuite vient le facteur d'erreur qui est une quatrième bande soit:

Bronze: 20% À la fin de la multiplication, on ajoute ± la quatrième bande.
Argent: 10%
Or: 5%

Ex: Un résistor qui a 4 bandes: marron, noire, marron, or: dizaines: 1 unités: 0 exposant: 1 erreur: 5% Cela fait donc: 10 X 10ohm ±5% soit 100 ohm ±5%.

Exercice

Trouve la valeur de la résistance.

obj 3.7

Nous trouverons les résistances équivalentes de circuits simples. La résistance équivalente est la valeur d'un résistor qui pourrait remplacer un réseau de résistors et qui donne la même résistance au passage d'un courant électrique.

Pour un circuit en série: La résistance totale (équivalente) est égale au total de toutes les résistances dans le circuit: Rtot = R1 + R2 + R3
Pour un circuit en parallèle: La conductance d'un circuit parallèle est égal à: Gtot = G1 + G2 + G3. Alors, si la résistance est l'inverse de la conductance, la formule pour trouver la résistance équivalente d'un circuit en parallèle est: 1/Rtot = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 Rtot est identique à Req

obj 3.8

Jusqu'à maintenant, nous avons trouvé la résistance équivalente de circuits simples. Avec des circuits mixtes, il faut être un peu plus méthodique. Le truc est de diviser notre circuit mixte en plusieurs parties composées uniquement de circuit en série ou parallèle. Ensuite, on peut calculer la résistance équivalente d'une de ces parties. Quand nous remplacerons cette partie par sa résistance équivalente, on obtiendra une nouvelle partie simple composée uniquement d'un circuit en série ou en parallèle. On continue avec cette méthode jusqu'à ce qu'il nous reste plus qu'une seule résistance équivalente. Rien de mieux qu'un exemple pour clarifier tout ça:

obj 3.11

Dans un circuit en série, l'intensité est la même partout. C'est alors le même courant qui circule partout dans le circuit. Si une ampoule grille, tout le circuit s'éteint puisque le courant ne peut plus passer.
Dans un circuit en parallèle, la loi est la suivante: La somme des courants entrant dans un noeud doit être égale à la somme des courants sortant de ce noeud. Ainsi, lorsqu'il y a une bifurcation dans un circuit, le courant (intensité) se divise dans chacune des branches. L'intensité dans chacune des branches est donc moins forte que dans le circtuit total, mais lorsque les branches reviennent ensemble, l'intensité revient normale.

obj 3.12

Dans un circuit en série, la différence de potentiel est partagée entre toutes les résistances du circuit. Si une ampoule grille, le courant ne passe plus, alors le circuit s'éteint.
Dans un circuit en parallèle, le potentiel reste le même dans toutes les branches de la bifurcation. Si une ampoule grille, au niveau du potentiel électrique, il n'y aura donc aucun changement dans un circuit simple en parallèle.

Obj 3.15

On va résoudre des problèmes avec des circuits simples. La meilleure méthode consiste à noter sur une feuille de calculs les données du problème et la question. Les données sont toutes les informations qu'on nous donne dans le problème. Par exemple, on note toutes les valeurs fournies: Utot, Itot, R1, etc. Pour se retrouver dans toutes ces valeurs, il est important de bien mettre des indices à nos valeurs. Numéroter ses résistances est conseillé. Ainsi, nous allons nous retrouver avec des données très bien structurées. Ensuite, on note la question. Par exemple: Req = ?. Par la suite, on fait ses calculs avec les formules qu'on a appris en prenant bien soin de noter toutes nos opérations. De cette façon, si on comprend bien le problème, les erreurs sont souvent évitées.

Obj 3.16

Dans des circuits mixtes, la démarche est un peu plus longue car le problème est un peu plus compliqué. Vous devez commencer par trouver la résistance équivalente du circuit. Lorsque vous simplifiez votre circuit en remplaçant des parties par des résistances équivalentes, redessinez votre circuit en utilisant ces résistances équivalentes. Quand vous aurez trouvé la résistance équivalente, votre circuit sera divisé en plusieurs dessins. Vous prenez ensuite la méthode d'un circuit simple pour trouver la réponse du problème. Ce qui est bien, c'est que vous pouvez utiliser les dessins des circuits simplifiés pour avoir vos valeurs.

Exercices

Résous les problèmes suivants: (svp. remplacez les virgules (décimales) par des points)

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