Pour aller plus loin : 

I- Grandeurs électriques.

1)- Intensité du courant électrique.

- Un courant électrique est un déplacement de porteurs de charge électrique, c’est un débit de porteur de charge.

- Dans un métal, le courant électrique est dû à un mouvement d’ensemble et ordonné des électrons libres.

- Dans un électrolyte le courant électrique est dû à la double migration des ions positifs et négatifs qui se déplacent en sens inverses.

- Par convention, le courant électrique sort de la borne positive du générateur.

- L’intensité du courant électrique se mesure à l’aide d’un ampèremètre placé en série dans la branche de circuit.

- L’intensité, notée I s’exprime en ampère de symbole A.

2)- Tension électrique.

- Il existe une tension électrique entre deux points A et B d’un circuit électrique, si c’est deux points ne sont pas dans le même état électrique.

-  On dit qu’il existe une différence de potentiel entre ces deux points.

- La tension électrique entre les deux points A et B d’un circuit électrique se note : U_AB.

- La tension électrique entre deux points d’un circuit se mesure à l’aide d’un voltmètre qui se branche en dérivation entre ces deux points.

- La tension U_AB s’exprime en volt de symbole V.

- Remarque : l’état électrique du point A d’un circuit se note V_A.

 -  Il s’exprime en volt (V).

-  On écrit : U_AB = V_A  - V_B. 

-  Représentation schématique de la tension U_AB.

- Sur un schéma, on représente la tension U_AB par un segment fléché dont la pointe est du côté du point A.

- Remarque : la tension est une grandeur algébrique : U_AB = − U_BA.

- Avec : U_AB = V_A  − V_B  et  U_BA = V_B  − V_A 

3)-  Représentation tension-courant.

- On considère le circuit constitué d’une pile, d’une lampe, d’un interrupteur et de fils conducteurs.

- Schéma normalisé du circuit électrique :

- On ferme l’interrupteur K.

-  Un courant I circule dans le circuit.

-  Il sort par la borne positive du générateur.

- Pour le générateur (la pile),

-  Le courant sort de la borne positive P et la tension U_PN > 0.

- La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de même sens.

- Pour le récepteur (la lampe) :

- Le courant circule de A vers B et la tension U_AB > 0.

- La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de sens contraires.

- Remarque : la flèche représentant la tension est à côté du circuit et la flèche indiquant le sens du courant est sur le circuit.

- Un dipôle peut être étudié en convention récepteur ou en convention générateur.

- Convention générateur :

-  La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de même sens.

- Convention récepteur :

-  La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de sens contraires.

II- Transferts d’énergie au niveau d’un récepteur.

1)- Définition.

- Un récepteur électrique est un appareil qui convertit l’énergie électrique qu’il consomme en d’autres formes d’énergie.

-  Il fournit de l’énergie au milieu extérieur.

-  Exemples :

2)- Énergie reçue par un récepteur électrique.

- Un récepteur électrique parcouru par un courant I de A vers B, pendant la durée Δt, reçoit l’énergie électrique W_E telle que :

- W _E  = U _AB . I . Δt

-  C’est l’énergie reçue par le récepteur : W_E  > 0, U_AB > 0. 

-  Schéma :

- En fait cette expression traduit le travail électrique qui s’applique aux électrons pour les déplacer de B vers A.

3)- Puissance électrique reçue par le récepteur électrique.

- La puissance électrique reçue par le récepteur est donnée par la relation suivante :

- La puissance électrique P_E permet d’évaluer la rapidité d’un transfert d’énergie.

- La puissance est une caractéristique du récepteur.

III- Les conducteurs ohmiques (C.O).

1)- Loi d’Ohm pour un conducteur ohmique.

- La tension U_AB aux bornes d’un conducteur est proportionnelle à l’intensité du courant qui le traverse de A vers B.

- Schéma :

- Le coefficient de proportionnalité se note R, c’est la résistance du conducteur ohmique.

- On écrit : U_AB = R . I

2)- Énergie et puissance reçues par un conducteur ohmique.

- Énergie électrique reçue par un C.O :

-  W_E  = U_AB . I . Δt   =>  W_E  = R . I² . Δt

- Puissance électrique reçue par C.O :

-  P_E  = U_AB . I   =>  P_E  = R . I²

- Remarque :

-  L’énergie électrique reçue par le C.O est cédée à l’extérieur sous forme de chaleur Q et de rayonnement W_R :

-  C’est l’effet Joule.

IV- L’effet Joule.

1)- Définition.

- Le passage du courant électrique dans tout appareil s’accompagne d’un échauffement.

- L’effet Joule est l’effet thermique qui accompagne le passage du courant électrique dans un conducteur.

- L’effet Joule se manifeste sous forme de chaleur Q mais aussi de rayonnement W_R.

2)- Transfert d’énergie d’un conducteur ohmique.

- Toute l’énergie reçue par un conducteur ohmique est dissipée par effet Joule, elle se note W_J ou Q_J.

- Cette énergie dissipée par effet Joule est égale à l’énergie électrique reçue par le conducteur ohmique :

-  W_J = Q_J =  W_E  = R . I² . Δt

- On en déduit la puissance P _J dissipée par effet Joule dans un conducteur ohmique :

- P_J =  P_E  = R . I²

3)- Effet Joule recherché.

- L’effet Joule est mis à profit :

- Dans les appareils de chauffage : radiateurs, fer à repasser, fours électriques, chauffe-eau,…

- Dans les lampes à incandescence :

-  Un filament de tungstène est porté par effet Joule à une température d’environ 2500 ° C.

- Le filament émet de la lumière (énergie rayonnante W_R).

-  Le filament est placé dans une ampoule qui contient un gaz inerte pour éviter qu’il brûle.

4)- Effet Joule indésirable.

-  Dans tous les récepteurs actifs comme les moteurs électriques, les électrolyseurs, l’effet Joule provoque un échauffement inutile ce qui entraîne des pertes.

-  On essaie de minimiser les pertes par effet Joule dans les câbles qui transportent le courant en augmentant la tension du courant et en diminuant l’intensité du courant.

-  Pour éviter un échauffement excessif des circuits électriques, on utilise des ventilateurs.

V- Transferts d’énergie au niveau d’un générateur électrique.

1)- Définition.

- Un générateur électrique est un appareil qui est capable de convertir une forme d’énergie W en énergie électrique W_E.

- Exemple :

2)- Énergie et puissance transférées par un générateur.

- On considère un générateur G qui délivre un courant d’intensité I, dont la tension à ses bornes est égale à U_PN.

- En convention récepteur, l’énergie électrique transférée au circuit électrique pendant la durée Δt, par le générateur G, est donnée par la relation :

- W_E  = U_PN . I . Δt

- Puissance électrique transférée par le générateur G est donnée par la relation suivante :

- P_E  = U_PN . I

VI- Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices :