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Electricité >> Magnétisme et électromagnétisme >> Courant alternatif
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Introduction :
Auteur : Kolohama
Date : 28/03/2016
Sources : Documentation Web, images, google, Proteus
Qu'est-ce que l'électricité ?

L'électricité est une forme d'énergie qui se manifeste lorsqu'il y'a circulation d'électron à l'intérieur d'un corps conducteur.
Rappel: L'atome est composé de proton (charge positive), et de neutron (charge neutre), autour de cette atome ou noyau gravitent les électrons (charge négative).
- Conducteur : argent, cuivre, aluminium.
- Isolant : Diamant, céramique et plastique ou bois.

Qu'est-ce qu'un circuit électrique ?

Un circuit électrique ou montage électrique, est un assemblage de composants électriques (résistances, ampoules, etc...), Visant à produire un certain effet comme l'éclairage ou le contrôle mécanique d'un moteur électrique. Le montage électrique le plus basique est constitué d'une alimentation et d'une ampoule comme sur les exemples représentés par les images en dessous.


circuit1

* Circuit rudimentaire d'une pile et une ampoule.

circuit2

* Circuit avec une batterie et une résistance.


Qu'est ce qu'un dipôle ?

Un dipôle est un système de branchement dans lequel peut circuler un courant, il comporte deux pôles de branchement.


actif

* Exemple de dipôle actif.

passif

* Exemple de dipôle passif.



- Dipôle passif : Si on branche ensemble deux dipôles identiques et qu'aucun courant ne passe (résistances, condensateurs, etc...).
- Dipôle actif : Si on branche sur une résistance et qu'un courant permanant passe ou circule (une pile, dynamo, etc...).

Qu'est ce que la tension ?

Si l'on compare le flus d'électron à un liquide hydrolique, on dira que la tension (U) ou la différence de potentiel (d.d.p), correspond à une différence de pression entre deux points du circuit fermé.
Quand on ouvre un robinet, si l'eau coule fort, on dit qu'il y'a de la pression.

Qu'est ce que l'intensité ?

L'intensité du courant électrique (I) exprime l'importance du flux de charges électrique qui traverse la section d'un conducteur par unité de temps. L'intensité du courant est analogue au débit en litres par seconde d'un liquide d'une canalisation, ou encore au nombre de voitures circulant sur une route entre un point A et un point B pendant un temps donné.

Qu'est ce que la resistance ?

La résistance qui se mesure en Ohm correspond, comme son nom l'indique, à la résistance qu'oppose un conducteur dit Ohmique au passage du courant. La résistance d'un circuit est en relation directe avec l'intensité. Plus elle est forte (la résistance), plus l'intensité sera faible.

fleche

Generateurs :
Auteur : Kolohama
Date : 28/03/2016
Sources : Aucune, images, Multisim

Les générateurs et leur fonctionnement seront vus plus en détail dans les sections suivantes de la partie électricité. Ce qui sera présenté sur cette page, n'est qu'une pâle esquisse sur le principe de base des générateurs. Par exemple les lignes de sorties des générateurs et la différence entre un générateur continu et alternatif.

Générateur de courant continu :

Comme dit plutôt, Il y'a deux types principales de générateurs, les générateurs à courant continu et les générateurs à courant alternatifs. Ceux dont on s'intéresse dans cette section, sont les générateurs à courant continu. Qui dit générateur à courant continu, dit piles d'alimentation, batteries ou alimentation redressée. Est générateur à courant continu, tout ce qui est émet une tension continue sans aucune ondulation ou fréquence à un certain niveau de tension. l'image en bas représente un signal continu vu par un oscilloscope, émis par un générateur DC.
La barre en rouge représente le niveau de la tension au-dessus de zéro, plus la tension est élevée, plus cette barre se place haut par rapport à la barre du zéro dans l'oscilloscope. Contrairement au générateur à courant alternatif AC, le courant continu, ne contient pas de période négative.


continu

* Tension continue vue dans un oscilloscope.


Générateur de courant alternatif :

Un générateur de courant alternatif est une source de tension capable de générer une tension sous forme d'une onde sinusoïdale. Une réponse sinusoïdale, possède une fréquence et une période ainsi qu'une tension négative. Le principe d'un générateur sera vu plus en détail dans la section suivante. Mais ce qu'on peut dire sur les générateurs de courant alternatifs c'est qu'ils peuvent être des alternateurs, ou des générateurs comme ceux dans les éoliennes ou les barrages d'eau, nécessitant généralement une force mécanique pour les actionner.
Un exemple d'une réponse sinusoïdale est représenté sur un oscilloscope sur l'exemple suivant.


alternatif

* Tension sinusoïdale vue dans un oscilloscope.


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Lois :
Auteur : Kolohama
Date : 03/04/2016
Sources : Fondements d'électronique (floyd), images, Proteus
Loi d'Ohm :

A sa sortie la loi d'Ohm publiée par le physicien allemand Georg Simon Ohm, fut très controversée et critiquée aussi. Pourtant aujourd'hui, elle reste la base pour le calcul de l'intensité, de la tension et de la résistance des circuits électriques et électroniques.
Elle stipule : "La tension est égale à la résistance multipliée par l'intensité, la résistance est égale à la tension divisée par l'intensité et pour finir, l'intensité est égale à la tension divisée par la résistance ."
Voici les formules :

U = R x I
et
R = U / I
et
I = U / R

- U = Tension en Volts.
- R = Résistance en Ohms.
- I = Intensité en Ampères.

Ohm a établi expérimentalement que si la tension au borne d'une résistance augmente, la courant augmente également et que si la tension diminue, l'intensité diminue. Astuce pour ne pas oublier l'ordre dans lequel sont agencés les différentes parties des formules, il faut penser au mot "uriner" quand on veut trouver la formule de la tension. U.R.I.ner et que les deux autres formules ne sont que des divisions par la tension. (En tout cas c'est de cette manière que je l'ai apprise à l'école !!).

Loi de Kirchhoff :

* Loi des tensions de Kirchhoff (loi des mailles) :

La loi de kirchhoff sur les tensions se définit de la manière suivante : " La somme algébrique de toutes les tensions sur un trajet fermé est nulle ou, en d'autres termes, que la somme des chutes de tension est égale à la tension totale des sources."
Quand on parle de chute de tension dans un circuit électrique ou électronique, on fait référence au composants c'est à dire les résistances, les condensateurs (l'explication du condensateur se trouve dans la rubrique électronique) ou un autre type de composant. Pour mieux illustrer ce concept rien ne vaut un exemple comme sur l'image en dessous.


tension

* Représentation de la loi des mailles de Kirchhoff.


Comme on peut le constater sur le schéma précédent, la somme de toutes les chutes de tension sont égales à la tension d'alimentation principale, ici représentée par un V. Nous obtenons la valeur en volts des résistances en multipliant à chaque fois la valeur de la résistance en question par l'intensité du courant qui la parcourt grâce à la loi d'ohm et nous obtenons enfin la valeur de la chute de tension.
Ainsi, si nous faisons par exemple +V(batterie) - R1 x I - R2 x I - R3 x I - R4 x I = 0.
La loi des mailles comme on l'appelle ou loi des tensions de Kirchhoff, est très utile dans les équations de Kirchhoff servant à trouver la valeur de tension dans des circuits très complexes. Nous ne verrons pas les équations de kirchhoff car elles sortent du cadre d'informations de ce site qui est destiné simplement à donner une brève idée sur les divers domaines de l'électricité et de l'électronique.
Remarque : les chutes de tension dans les composants (ici les résistances), vont toujours à contre sens du courant conventionnel de l'alimentation.

* Loi des courants de Kirchhoff (loi des noeuds) :

La loi de Kirchhoff sur les courants se définit comme il suit : "La somme des courants arrivant à un noeud (courant total entrant) est égale à la somme des courants qui quittent ce noeud (courant total sortant)."
Un noeud, est le point de croisement entre plusieurs composants comme sur la figure en dessous. soit le noeud A (noeud entrant dans le sens du courant) est égale au noeud B (noeud sortant dans le sens du courant). Soit IA = I1 + I2 + I3 = IB.


courant

* Représentation de la loi des noeuds de Kirchhoff.


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Circuits :
Auteur : Kolohama
Date : 04/04/2016
Sources : Fondements d'électronique (floyd), images, Proteus
Circuits série :

Quand on parle généralement de circuits série à propos des résistances, on doit penser directement à des résistances qui se suivent sans le moindre noeuds comme sur l'exemple en dessous. Pour calculer la valeur de deux résistances en série, il suffit des les additionner et peu importe leur nombre, il faut toujours additionner leurs valeurs ohmique.


circuitSerie1

* Calcul de deux résistances en série.

circuitSerie2

* Calcul de plusieurs résistances en série.



Dans les exemples précédents, les résistances se suivent sans le moindre noeud et sont donc en série et comme on peut le constater en bas de l'image, la valeur ohmique de la résistance totale ou la résistance équivalent comme on l'appelle souvent se résume à l'addition de l'ensemble des résistances. On verra dans les sections suivantes comment calculer des résistances en parallèle et comment calculer la combinaison des résistances en série et en parallèle mélangés dans un seul circuit.

* Diviseur de tension :

Dans les circuits série, on compte aussi les diviseurs de tension à ne pas confondre avec les diviseurs de courant et dont les formules sont littéralement différentes pour les calculer. Un diviseur de tension comme son nom semble indiquer, sert à diviser la tension. c'est à dire que l'on repartit la tension sur l'ensemble des résistances en série afin d'obtenir la tension souhaitée. prenons l'exemple de la figure d'en dessous, pour obtenir le résultat de la division de tension, on multiplie la tension de la source par la division de la première résistance (celle qui est au dessus du diviseur de tension généralement) par toutes les résistances en série dont fait partie le diviseur (Req).


diviseur_tension

* Schéma représentant un diviseur de tension.



Comme on peut le remarquer peut importe le nombre de résistances en série, la résistance totale reste toujours la somme de toutes ces résistances et divise toujours la résistance qui est au dessus du diviseur de tension en question. Dans tous les livres d'électronique et les écoles supérieures, on donne cette formule mais souvent l'étudiant sera confronté à une autre problématique qui est de trouver la valeur des résistances du diviseur afin d'avoir une sortie d'un certain niveau de tension. plusieurs solutions existent pour arriver à définir la valeur de ces deux résistances, soit on inverse la formule, soit on utilise une équation du premier degré. Voilà deux indices qui pourraient vous aider, je vous laisse faire votre propre réflexion sur le sujet.

Circuits parallèles :

On parle de circuit ou de résistances parallèle, lorsque les extrémités de ces dernières, sont connectées les unes autres de telle façon que chaque résistance touche à chacune de ces deux extrémités les deux extrémités de la ou les résistances voisines. Comme sur les schémas d'en dessous. Quand on est confronté à calculer la valeur de deux résistances voisines, il faut les multiplier les unes aux autres et diviser leur produit par la somme des deux résistances en question comme sur l'exemple à gauche.


circuitParallele1

* Circuit avec deux résistances en parallèle.

circuitParallele2

* Plusieurs résistances en parallèles.



Lorsqu'on a plus de deux résistances en parallèle, Les choses se compliquent un peu, dans certains manuels, on préfère utiliser la méthode vu précédemment mais à chaque fois de calculer les résistances par deux puis calculer le résultat par la nouvelle résistance. c'est une méthode compliquée et qui prend du temps généralement. Le mieux, est de diviser le chiffre "1" par la somme des fractions dont le numérateur est un et le dénominateur la valeur de chacune des résistances comme sur l'exemple en haut à droite.
il faut noter que plus le nombre de résistances en parallèle augmente, plus la valeur Ohmique diminue de telle façon que le résultat, sera toujours plus petit que la plus petite des ces résistances en parallèle. L'inverse des circuits série ou le résultat, sera toujours plus grand que la plus grande des résistances du circuit série.

* Diviseur de courant :

Le diviseur de courant comme son nom peut le faire comprendre, sert à calculer le courant qui se trouve sur chaque branche du circuit parallèle, mais bien sûr, il faut connaître l'intensité générale qui parcourt l'ensemble du circuit en dehors du circuit parallèle. Pour connaître l'intensité principale, on recourt généralement à la loi d'ohm.
Analysons le circuit représenté sur la figure d'en dessous, comment peut-on connaître la valeur de l'intensité au bord de chacune des bifurcations du circuit parallèle. Pour chacune des branches, on multiplie l'intensité celle en dehors du diviseur par le quotient de la résistance de la branche parallèle par la somme des deux résistances. L'exemple en dessous nous montre le procédé en question.


diviseur_courant

* Schéma représentant un diviseur de courant.



Dans un diviseur de courant, le courant se répartit toujours dans les différentes branches mais de manière inéquitable. C'est à dire que la branche où la résistance sera la plus forte, le courant y sera plus faible et inversement. Pour calculer la valeur d'un diviseur de tension de plus de deux branches, on utilise généralement les équations de kirchhoff dont la solution est donnée grâce à un système d'équations à trois (voir plus) inconnues ou grâce à une matrice.

Circuits série-parallèle :

Il n'y a pas grand-chose à dire sur les circuits série-parallèles, si ce n'est qu'il faut savoir combiner les deux méthodes vues précédemment pour calculer la résistance totale d'un circuit. On ne va pas approfondir pour cette section, les exemples présentés en dessous parleront d'eux même.


serie_parallele

* Schéma d'un circuit série-parallèle.


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Theoremes :
Auteur : Kolohama
Date : 03/04/2016
Sources : Principes d'électronique (Malvino), images, Proteus

Un théorème est une affirmation que l'on peut démontrer mathématiquement, ce n'est ni une définition, ni une loi. Nous dirons qu'il s'agit d'une relation. Dans cette section, vous trouverez une liste de théorèmes très intéressants. Malheureusement cette liste n'est pas complète car se sont seulement les base de l'électricité qu'on aborde sur cette page.

Théorème de Thevenin :

Thévenin est un ingénieur français à qui l'on doit ce fameux théorème qui porte son nom. Les définitions de son théorème sont les suivantes : " La tension de Thévenin Vth est sur les bornes lorsqu'on enlève la charge, la résistance de Thévenin Rth est la résistance mesurée par un ohmmètre branché sur la sortie quand toutes les sources sont annulées et la résistance de charge enlevée."
Concrètement, cela veut dire que quand on est face un circuit complexe (plusieurs sources de courant ou de tension), on doit résumer en quelque sorte, l'ensemble des sources de tension en une seule (Vth), et l'ensemble des résistances en une seule (Rth) afin de trouver l'intensité au bord d'une résistance (Rl). dans les exemples suivants, on peut se faire une idée à propos de cette simplification.
Essayons de calculer l'intensité au bord de Rl sur le schéma de la figure en dessous.


thevenin1

* Circuit à simplifier avec Thévenin.

thevenin2

* Application de Thévenin au circuit.



Pas évident, n'est-ce pas ? Pour commencer, nous allons annuler la (ou les au cas où il y'en aurai plusieurs) source de tension, et calculer Rth. Attention : Quand on dit annuler, c'est généralement court-circuiter les sources de tensions et remplacer par un circuit ouvert les sources de courant, comme sur les l'exemple en haut à droite. En suite, nous allons calculer la somme des résistances mais sans Rl, et nous obtenons Rth. Une fois Rth obtenue, nous avons le circuit sur la figure en dessous. C'est ce que l'on appelle le circuit de Thévenin. Pour trouver l'intensité que nous cherchons, celle au bord de la résistance Rl, il suffit de diviser Vth par la somme de Rl et Rth comme sur l'exemple en dessous.


thevenin3

* Résumé d'un circuit complexe en un circuit de Thévenin.



Théorème de superposition :

Le théorème de superposition, s'énonce de la manière suivante : " La tension (ou le courant) entre deux circuits électriques linéaires comportant plusieurs sources est égale à la somme des tensions (ou courants) obtenues lorsque chaque source agit seule."
pour mieux comprendre, généralement on agit par étapes :
- ETAPE 1 : On commence par procédé une source à la fois tout en court-circuitant les autres sources en les considérant comme une résistance nulle.
- ETAPE 2 : On détermine la tension ou le courant recherché comme si le circuit était doté d'une seule source. le résultat sera une partie du résultat final.
- ETAPE 3 : On répète l'étape 1 et 2 pour toutes les autres sources.
- ETAPE 4 : Il faut additionner ou soustraire le résultat obtenu pour chacune des étapes précédentes. Additionner ou soustraire, car tout dépend de la polarisation des sources. Si le courant des sources va dans un seule sens, alors les tensions s'additionnent. dans le cas contraire elles se soustraient.

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Calcul de puissance d'un circuit :
Auteur : Kolohama
Date : 04/04/2016
Sources : Fondements d'électronique (Floyd)

La puissance née de l'effet de joule est la transformation de l'énergie électrique en chaleur, elle s'annonce de cette manière :
" La Puissance perçue par un conducteur (en régime continu) est égale au produit de la tension U à ses bornes par l'intensité I du courant qui la traverse, ou encore au produit de la résistance par le carré de l'intensité. Et généralement exprimée en Watts(W)."
Voici les formules de la Puissance :

P = U x I
et
P = R x
et
P = / R

- P : Puissance en Watts.
- U : Tension en Volts.
- I : L'intensité en ampères.
- R : La résistance en Ohm.

N.B : un Watt est la quantité de puissance produite par un joule en une seconde.
Petite mise en garde, lorsque l'énergie ou la puissance qui parcourt un composant est trop importante par rapport à la capacité d'un composant celui-ci peut être endommagé.
Dans les résistances et dans chaque circuit électrique en général, la puissance est convertie sous forme de chaleur et plus l'intensité du courant est élevée, plus la puissance l'est aussi par principe de réciprocité.

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Resistance d'un conducteur :
Auteur : Kolohama
Date : 15/06/2016
Sources : Electrotechniques (Wildi)

Pour mesurer la résistance d'un conducteur, il faut d'abord savoir de quelle matière est fait ce conducteur, car la conductivité varie généralement d'un conducteur à un autre. La résistivité de la substance, se mesure en Ohm/mètre. A titre d'exemple, la résistivité de l'argent est 15 nano.omhm par mètre à 0 degré.
Vous retrouverez la résistance de l'ensemble des principaux conducteurs dans le tableau de l'exemple en bas.


resistance_conducteurs

* Tableau des différences de la résistivité des substances.


Quand on connaît la valeur de la résistivité de la substance, il faudra également tenir compte de la longueur et de l'aire de la section du matériau. La formule s'énonce comme il suit : " La résistance d'un conducteur, s'obtient par la multiplication de la résistivité de la substance en Ohm/mètre par le quotient de la longueur du conducteur (en mètre), par l'aire de celui-ci en mètre/carré."
La formule en dessous, montre comment il faut procéder.

R = ρ x ( l / A )

- R : Résistance du conducteur en Ohm.
- ρ : Résistivité de la substance en Ohm/m.
- l : Longeur du conducteur en métres.
- A : Section du conducteur en métres carrés.

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