I. Introduction à l'Électricité et aux Circuits
1.1. Rappels sur le Courant et la Tension
Pour qu'un appareil électrique fonctionne, il faut de l'électricité. Cette électricité se manifeste sous deux formes principales : le courant et la tension.
- Définition du courant électrique : Le courant électrique est un déplacement ordonné de charges électriques (souvent des électrons) à travers un matériau conducteur. Imaginez-le comme un flux d'eau dans une rivière : plus il y a d'eau qui passe par seconde, plus le courant est fort.
- Son symbole est .
- Son unité est l'Ampère (A), en hommage au physicien André-Marie Ampère.
- On le mesure avec un ampèremètre, qui se branche toujours en série dans le circuit.
- Sens conventionnel du courant : Historiquement, avant la découverte des électrons, on a défini le sens du courant comme allant de la borne positive (+) vers la borne négative (-) du générateur, à l'extérieur de celui-ci. C'est le sens que nous utiliserons toujours en Seconde, même si les électrons se déplacent en réalité dans le sens inverse.
- Définition de la tension électrique : La tension électrique (ou différence de potentiel) est la "force" qui pousse les charges électriques à se déplacer. C'est ce qui crée le courant. En reprenant l'analogie de l'eau, la tension serait la différence de hauteur entre deux points d'une rivière, créant la pression qui fait couler l'eau.
- Son symbole est .
- Son unité est le Volt (V), en l'honneur d'Alessandro Volta.
- On la mesure avec un voltmètre, qui se branche toujours en dérivation (en parallèle) aux bornes du dipôle dont on veut mesurer la tension.
- Unités et appareils de mesure :
- Courant () : Ampère (A), mesuré par un ampèremètre (en série).
- Tension () : Volt (V), mesuré par un voltmètre (en parallèle).
- Souvent, on utilise un multimètre qui peut faire office d'ampèremètre, de voltmètre et d'ohmmètre.
1.2. Les Circuits Électriques Simples
Un circuit électrique est un chemin fermé par lequel le courant peut circuler.
- Composants d'un circuit : Un circuit simple est généralement constitué de :
- Un générateur (pile, batterie, alimentation) : il fournit l'énergie et crée la tension.
- Des fils de connexion : ils transportent le courant (conducteurs).
- Un ou plusieurs récepteurs (lampe, moteur, résistance) : ils utilisent l'énergie électrique pour la transformer (en lumière, mouvement, chaleur).
- Un interrupteur : il permet d'ouvrir ou de fermer le circuit pour contrôler le passage du courant.
- Circuit ouvert et fermé :
- Un circuit fermé est un circuit où la boucle est complète, permettant au courant de circuler et aux récepteurs de fonctionner.
- Un circuit ouvert est un circuit où la boucle est interrompue (par exemple, par un interrupteur ouvert ou un fil coupé), empêchant le courant de circuler. Aucun courant ne circule dans un circuit ouvert.
- Représentation schématique : Pour étudier les circuits, on utilise des schémas normalisés avec des symboles pour chaque composant.
| Composant | Symbole normalisé |
|---|---|
| Générateur (Pile) | |
| Lampe | |
| Interrupteur ouvert | |
| Interrupteur fermé | |
| Résistance | |
| Ampèremètre | |
| Voltmètre |
- Loi des nœuds et des mailles (introduction) :
- Loi des nœuds (ou loi des courants) : La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud (point de jonction d'au moins trois fils) est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent. C'est une conservation de la charge électrique.
- Exemple : ou .
- Loi des mailles (ou loi des tensions) : Dans une maille (boucle fermée d'un circuit), la somme algébrique des tensions aux bornes des dipôles est nulle. En d'autres termes, la somme des tensions "montantes" (générateur) est égale à la somme des tensions "descendantes" (récepteurs).
- Exemple : dans un circuit en série.
- Loi des nœuds (ou loi des courants) : La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud (point de jonction d'au moins trois fils) est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent. C'est une conservation de la charge électrique.
1.3. Énergie et Puissance Électrique
L'électricité, c'est de l'énergie en mouvement, et cette énergie peut être transformée.
- Définition de l'énergie électrique : L'énergie électrique est la capacité du courant électrique à effectuer un travail ou à produire de la chaleur, de la lumière, etc. C'est ce que l'on consomme et que l'on paie sur nos factures d'électricité.
- Son symbole est .
- Son unité légale est le Joule (J).
- Une unité très courante pour l'énergie électrique est le kilowatt-heure (kWh), surtout pour la consommation domestique. .
- Définition de la puissance électrique : La puissance électrique est la vitesse à laquelle l'énergie électrique est consommée ou produite. Plus un appareil est puissant, plus il consomme d'énergie rapidement.
- Son symbole est .
- Son unité est le Watt (W), en l'honneur de James Watt.
- Relation : La puissance électrique consommée par un dipôle est égale au produit de la tension à ses bornes par l'intensité du courant qui le traverse.
-
- en Watts (W)
- en Volts (V)
- en Ampères (A)
- Cette formule est fondamentale pour tous les calculs de puissance électrique.
-
- Unités (Joule, Watt, kWh) :
- Joule (J) : Unité d'énergie.
- Watt (W) : Unité de puissance.
- kilowatt-heure (kWh) : Unité d'énergie couramment utilisée (1 kWh = 1000 Wh).


