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Electricité 1 Mise à jour février 2007 FC1207021.1 FC 1207 02 1.1 Electricité

Electricité 1 Mise à jour février 2007 *FC1207021.1* FC 1207 02 1.1 Electricité Générale Livret 2 Le courant électrique C Centre N National d’E Enseignement et de F Formation A A D Distance ELEC 1 - Leçon 2 - 2 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc Réalisation : AFPA - Le Pont de Claix Avertissement au lecteur Le présent fascicule fait l’objet d’une protection relative à la propriété intellectuelle, conformément aux dispositions du Code du même nom. Son utilisateur s’interdit toute reproduction intégrale, partielle ou par voie dérivée et toute diffusion dudit document sans le consentement exprès de l’AFPA. Sous réserve de l’exercice licite du droit de courte citation, il est rappelé que toute reproduction intégrale, partielle ou par voie dérivée de ce document, sans le consentement exprès de l’AFPA, est constitutive du délit de contrefaçon sanctionné par l’article L 335-2 du Code de la Propriété Intellectuelle. Dépôt légal juillet 1997 ELEC 1 - LEÇON 2 - 3 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc SOMMAIRE 1 - Isolants et conducteurs de l'électricité............................ 4 1.1 Expérience n° 1 1.2 Expérience n° 2 1.3 Définitions Exercice n° 1 2 - Polarisation des charges........................................................ 7 2.1 Expérience n° 1 2.2 Expérience n° 2 3 - Intensité du courant électrique ........................................... 8 3.1 Quantité d'électricité 3.2 Notion de courant électrique Exercice n° 2 3.3 Intensité du courant électrique Exercices n° 3, n° 4 et n° 5 3.4 Mesure de l'intensité du courant électrique 3.5 Sens conventionnel du courant électrique 3.6 Quelques exemples d'intensité 4 - Les effets du courant électrique....................................... 11 4.1 Effet calorifique Exercice n° 6 4.2 Effet lumineux 4.3 Effet chimique 4.4 Effet magnétique 5 - Lois des courants dans les circuits électriques ....... 15 5.1 Montage en série 5.2 Montage en dérivation 6 - Aide mathématique ................................................................. 16 Corrigé des exercices d'entraînement 2.............................. 17 Devoir n° 2..................................................................................... 19 ELEC 1 - LEÇON 2 - 4 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc ISOLANTS ET CONDUCTEURS 1.1 Expérience n° 1 Réalisons un montage électrique à l'aide d'une pile, de fils de cuivre et d'une ampoule (fig. 1) et intercalons, entre les points A et B, des objets de nature diverse pour "fermer" le circuit: - Si on place une règle métallique ou un fil de cuivre entre les points A et B, la lampe s'allume. - Si on place une règle en bois ou en matière plastique entre les points A et B, la lampe ne s'allume pas. 1 Les corps qui permettent le passage du courant sont dits "conducteurs". Les corps qui interdisent le passage du courant sont dits "isolants". ELEC 1 - LEÇON 2 - 5 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc 1.2 Expérience n° 2 Frottons énergiquement une règle en matière plastique sur un morceau de tissu et approchons-la de petites particules de papier (fig. 2). Les particules de papier sont attirées par la règle en matière plastique. Tentons la même expérience avec une règle métallique frottée sur un tissu. La règle métallique n'attire pas les particules de papier. Tous les corps peuvent s'électriser par frottement. Cependant ils se divisent en deux catégories : - Les corps isolants qui conservent les charges électriques là où elles sont apparues. - Les corps conducteurs pour lesquels les charges électriques ne restent pas localisées; elles se répartissent sur toute la surface. Les électrons (*) des corps isolants ne peuvent que très difficilement passer d'un atome à l'autre : Dans ce cas les électrons sont dits "liés". Les électrons des corps conducteurs circulent aisément d'un atome à l'autre : Dans ce cas les électrons sont dits "libres". Les corps bons conducteurs, de même que les corps très isolants, sont largement utilisés dans les divers équipements électriques. (*) Il s’agit de particules très petites chargées d’électricité et qui font partie des constituants de la matière (Notion développée à la leçon 1 mais dont la compréhension complète n’est pas indispensable pour la suite des leçons 2 à 5). Règle en matière plastique Règle métallique ELEC 1 - LEÇON 2 - 6 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc 1.3 Définitions 1.3.1 Les conducteurs Ils sont destinés à transporter le courant électrique depuis la source (générateur) jusqu'au point d'utilisation (récepteur). Pour cela, on utilise habituellement les métaux: le plus couramment utilisé est le cuivre; on réalise aussi des conducteurs en aluminium ou en or pour des applications très spécifiques. La propriété, pour un matériau, de transporter l'électricité est appelée la "conductibilité"; le degré de conductibilité est différent d'un matériau à l'autre. Parmi les trois métaux cités ci-dessus, l'or est le plus conductible; l'aluminium est le moins conductible. Le choix d'un matériau conducteur pour une application déterminée ne fait pas intervenir que la conductibilité; d'autres critères comme le prix, le poids ou les propriétés mécaniques sont prises en considération. 1.3.2 Les isolants Ils sont destinés à interdire le passage du courant électrique entre certaines pièces d'un appareil électrique (pour éviter les courts-circuits) ou entre l'appareil lui-même et son environnement (protection des personnes). De très nombreux matériaux sont utilisés comme isolant électrique: le polychlorure de vinyle (PCV), le papier, le verre, le vernis, le caoutchouc, la résine ....etc. La propriété pour un matériau de s'opposer au passage du courant est appelée la "résistivité"; cette propriété diffère d'un matériau à l'autre. L'air est également isolant; cependant sa résistivité dépend beaucoup de son degré d'humidité. Exercice d'entraînement n° 1 Rechercher d'autres isolants que ceux cités ci-dessus. ELEC 1 - LEÇON 2 - 7 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc POLARISATION DES CHARGES 2.1 Expérience n° 1 Electrisons, comme précédemment, une première règle en matière plastique en la frottant sur un morceau de tissu. Suspendons cette règle par un fil isolant. Prenons une deuxième règle, identique à la première, et électrisons-la à son tour. Lorsqu'on tente d'approcher les deux règles l'une de l'autre on constate un phénomène de répulsion. 2.2 Expérience n° 2 Recommençons l'expérience ci-dessus avec une règle en matière plastique et une règle en verre. Lorsqu'on tente d'approcher les deux règles l'une de l'autre on constate un phénomène d'attraction. Ces expériences montrent que les corps n'ont pas tous le même comportement vis-à-vis de l'électrisation. Il a été décidé arbitrairement que l'électrisation de la règle en matière plastique serait positive (charges électriques +) et que celle du verre serait négative (charges électriques -) ce qui permet d'énoncer : Deux charges électriques de même signe se repoussent. Deux charges électriques de signe contraire s'attirent. 2 ELEC 1 - LEÇON 2 - 8 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc INTENSITE DU COURANT ELECTRIQUE 3.1 Quantité d'électricité La quantité d'électricité est une grandeur qui a été définie dans la leçon n°1; sa valeur est toujours un multiple de la charge d'un électron. Q - représente la quantité d'électricité exprimée en coulombs; e - représente la valeur absolue de la charge d'un électron soit: 1,6.10-19 C n - représente le nombre d'électrons. L’électron étant chargé négativement, la quantité d'électricité est négative si elle correspond à un excès d'électrons; elle est positive si il s'agit d'un manque d'électrons. 3.2 Notion de courant électrique Dans un matériau conducteur les électrons sont dits libres (voir chapitre 1.2); ils peuvent donc se déplacer dans tous les sens. Si on branche un "générateur" (une pile électrique par exemple) aux deux extrémités d'un conducteur, les électrons vont être soumis à une force qui aura tendance à les faire circuler tous dans le même sens, créant ainsi un courant électrique. Le courant électrique est un mouvement ordonné d'électrons. Exercice d'entraînement n° 2 Calculer le nombre d'électrons nécessaires pour obtenir une quantité d'électricité de 10-3 = 0,001 coulomb (Voir aide mathématique page 16). Q = n x e 3 ELEC 1 - LEÇON 2 - 9 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc 3.3 Intensité du courant électrique On appelle intensité du courant électrique dans un conducteur, la quantité d'électricité qui traverse une section de ce conducteur pendant l'unité de temps. L'intensité d'un courant électrique est un débit; on la note I. Unités (Système International) : Q - s'exprime en coulombs (C); t - s'exprime en secondes (s); I - s'exprime en ampères (A). Un ampère correspond à un débit de un coulomb par seconde. 1 A = 1 C/s Exemple : Un courant électrique transportant 1 200 coulombs en 500 secondes a pour intensité : A 2,4 C/s 2,4 500 1200 I = = = Multiples et sous multiples de l'ampère : Les préfixes multiplicateurs définis dans la leçon n° 1 sont évidemment utilisables avec l'ampère; c'est ainsi que l'intensité de courant électrique peut s'exprimer en : microampère 1µA = 10-6 A (= 0,000001 A) milliampère 1 mA = 10-3 A (= 0,001 A) kiloampère 1 kA = 103 A (= 1000 A) Exercice d'entraînement n° 3 Calculer l'intensité du courant électrique parcourant un circuit, sachant que 6,25.1018 électrons traversent une section de ce circuit en une seconde. Exercice d'entraînement n° 4 Dans un téléviseur, le pinceau d'électrons qui balaye l'écran équivaut à un courant moyen de 10-4 ampère. Combien d'électrons bombardent l'écran en deux heures ? t Q I= ELEC 1 - LEÇON 2 - 10 - © AFPA-CNEFAD – FC_X_120702V1_1.doc uploads/Litterature/ elec2-courant.pdf