Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
P. Mermod, Université de Genève 1
(pgb17) courant éléctrique et résistance
Courant électrique
– Intensité I : nombre de charges par unité de temps (unité Ampère : A = C/s)
Générateurs à potentiel chimique
– Cellules voltaíques en série (pile) : les potentiels s’additionnent
– Anguille électrique
Résistance et loi d'Ohm
Puissance électrique
– Énergie dissipée par unité de temps dans la résistance
Supraconducteurs
– R = 0 lorsque T < TC
P. Mermod, Université de Genève 2
QCM
Parmi ces deux circuits, lequel a-t-il la plus grande puissance ?
A B
P. Mermod, Université de Genève 3
QCM (réponse)
Parmi ces deux circuits, lequel a-t-il la plus grande puissance ?
Pour les deux circuits, le générateur fournit une tension constante V quel que soit le courant.
La puissance est P = IV et le courant est I = V/R → à tension constante V, le courant (et aussi la puissance) est plus fort pour une plus petite résistance.
Cas A: P = IV = V2/R = V2/(1 kΩ)
Cas B: P = IV = V2/R = V2/(2 kΩ) → deux fois plus petite.
A B
P. Mermod, Université de Genève 4
(pgb18) Circuits
Résistance interne d'un génerateur r
– Ɛ, ou fem, est la tension aux bornes du générateur lorsqu'il ne débite aucun courant
– Fin de vie d'une pile: les charges ne passent plus, la pile a une grande résistance interne
Lois de Kirschoff
– Le courant est conservé:
– La tension est conservée:
I1 – I
2 + I
3 – I
4 + I
5 = 0 V
0 – V
1 – V
2 – V
3 = 0
P. Mermod, Université de Genève 5
(pgb18) Circuits
Résistance équivalente
– En série:
– En parallèle:
Circuit RC, décharge d'un condensateur
Charge Décharge
constante de temps
P. Mermod, Université de Genève 6
QCM
Quelle est la résistance équivalente ?
A) 50 Ω
B) 100 Ω
C) 150 Ω
D) 200 Ω
P. Mermod, Université de Genève 7
QCM (réponse)
Quelle est la résistance équivalente ?
A) 50 Ω
B) 100 Ω
C) 150 Ω
D) 200 Ω
On peut remplacer les deux résistances de 50 Ω en série par une seule résistance de 50 Ω + 50 Ω = 100 Ω.
Ensuite on a deux résistances de 100 Ω en parallèle, et la résistance équivalente est donc 1/(1/100Ω+1/100Ω) = 1/0.02 Ω = 50 Ω.
P. Mermod, Université de Genève 8
QCM
Dans le circuit (2), le courant débité par le générateur est :
A) Le même
B) Deux fois plus faible
C) Deux fois plus élevé
(1) (2)
P. Mermod, Université de Genève 9
QCM (réponse)
Dans le circuit (2), le courant débité par le générateur est :
A) Le même
B) Deux fois plus faible
C) Deux fois plus élevé
Dans les deux cas, la tension aux bornes des résistances est V. Ainsi le courant traversant chaque résistance est le même, I = V/R.
Par conservation du courant (loi des noeuds), le courant débité par le générateur pour le circuit (2) doit donc être 2I.
(1) (2)
I II2I
P. Mermod, Université de Genève 10
QCM
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
P. Mermod, Université de Genève 11
QCM (réponse 1)
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
Sachant que e-1 = 0.37, à un temps t = RC après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :
C) Zéro
D) 0.37·Imax
E) 0.63·Imax
P. Mermod, Université de Genève 12
QCM (réponse 2)
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
Sachant que e-1 = 0.37, à un temps t = RC après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :
C) Zéro
D) 0.37·Imax
E) 0.63·Imax
En effet, le courant en fonction du temps vaut :
Et donc il vaut V0/R·e-1 lorsque t = τ = RC.
P. Mermod, Université de Genève 13
(pgb19) Magnétisme
Le champ magnétique B est produit par des charges électriques en mouvement
Un dipôle magnétique (aimant) dans un champ magnétique subit une force qui l'aligne le long du champ: pôles opposés s'attirent, pôles semblables se repoussent
Le champ magnétique terrestre
Les électrons autour des atomes dans la matière constituent de minuscules dipôles magnétique de moment magnétique dipolaire
Champ magnétique produit par un courant (électro-aimant)
– Fil droit
– Bobine
– solénoïde
Propriétés magnétiques des matériaux:
– Diamagnétique: μ < μ0 , champ opposé à l'intérieur
– Paramagnétique: μ > μ0 , champ renforcé à l'intérieur
– Ferromagnétique: μ >> μ0 , champ très renforcé à l'intérieur et persistant
N S
P. Mermod, Université de Genève 14
(pgb19) Loi d’Ampère, force de Lorentz
Loi d'Ampère
Champ d'un fil, champ d'un solenoïde (démontrés avec la loi d'Ampère)
Force de Lorentz
Trajectoire d'une particule chargée dans un champ magnétique
Force magnétique sur un fil
Moteur électrique
P. Mermod, Université de Genève 15
QCM
La force exercée sur le fil :
A) Est nulle
B) Va vers le haut
C) Va vers le bas
D) Va vers la droite
E) Va vers la gauche
F) Sort de la page
G) Rentre dans la page
P. Mermod, Université de Genève 16
QCM (réponse)
La force exercée sur le fil :
A) Est nulle
B) Va vers le haut
C) Va vers le bas
D) Va vers la droite
E) Va vers la gauche
F) Sort de la page
G) Rentre dans la page
Le courant (les charges positives) vont vers le haut et le champ magnétique va vers la gauche, ainsi la main droite donne une force qui sort de la page.
P. Mermod, Université de Genève 17
(pgb20) Loi d'induction de Faraday
La force électromotrice (fem, Ɛ) induite dans une spire est proportionnelle à la variation dans le temps du flux magnétique la traversant :
Champ électrique sur la longueur de la spire (chemin fermé)
Variation du flux magnétique à travers la surface de la spire
Tension induite sur un tour
Le signe négatif traduit la loi de Lentz : le champ induit (tension induite, courant induit) s'oppose à la variation de flux.
Cela permet de trouver la polarité de la tension, ou le sens du courant induit.
N spires de même surface:
P. Mermod, Université de Genève 18
(pgb20) Variations de flux magnétique
1) le champ magnétique B change
2) la surface A change
Flux magnétique ΦM : nombre de ligne de champ B traversant une surface A
3) l'angle entre B et la normale à A change
P. Mermod, Université de Genève 19
QCM
Dans quelles boucles un courant est-il induit, et dans quel sens ?
P. Mermod, Université de Genève 20
QCM (réponse)
Dans quelles boucles un courant est-il induit, et dans quel sens ?
B constant
-dΦM/dt = 0
B constant, A constante
-dΦM/dt = 0
B augmente
-dΦM/dt < 0
Courant induit sens horaire
B diminue
-dΦM/dt > 0
Courant induit sens anti-horaire
P. Mermod, Université de Genève 21
(pgb20) Courant alternatif, transformateur
Générateur de tension alternative (ou courant alternatif) : on fait tourner une bobine de N tours et surface A à vitesse angulaire ω dans un champ magnétique B
Transformateur :
Tension alternative primaire Vp
Tension alternative secondaire Vs
Vs / Vp = Ns / Np
P. Mermod, Université de Genève 22
(pgb20) Inductance
Inductance L : aptitude à emmagasiner un champ magnétique
Inductance d'un solenoïde
Fem auto-induite
Circuit RL
constante de temps
Énergie du champ magnétique (champ électrique)
Charge d'une bobine
P. Mermod, Université de Genève 23
QCM
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
P. Mermod, Université de Genève 24
QCM (réponse 1)
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
Sachant que e-1 = 0.37, à un temps t = L/R après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :
C) Zéro
D) 0.37·Imax
E) 0.63·Imax
P. Mermod, Université de Genève 25
QCM (réponse 2)
Immédiatement après avoir fermé l’interrupteur, le courant est :
A) Nul
B) Maximum, de valeur Imax = V0/R
Sachant que e-1 = 0.37, à un temps t = L/R après avoir fermé l’interrupteur, le courant dans le circuit vaut :
C) Zéro
D) 0.37·Imax
E) 0.63·Imax
En effet, le courant en fonction du temps vaut :
Et donc il vaut 1 - V0/R·e-1 lorsque t = τ = L/R.