Unit 4 - Les Caractéristiques De L'Électricité

I. DÉFINITION DE L’ÉLECTRICITÉ ET DE LA CHARGE ÉLECTRIQUE

Déf 1: L’électronique est l’ensemble des phénomènes provoqués par des charges positives et négatives qui existent dans l’atome.

Déf 2: LA charge électrique est une propriété des protons et des électrons. Une proton porte une charge positive (+) alors qu’un électrons porte une charge négative (-).

ATOME est électriquement neutre car le nombre des protons est égal au nombre d’électrons.

II. LES FORCES D’ATTRACTION ET DE RÉPULSION

Les charges électriques de même signe se repoussent et les charges électriques de signes contraris s’attirent.

III. TYPES D’ÉLECTRICITÉ

On distingue deux types d’électricité l’ÉLECTRICITÉ STATIQUE et l’ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE.

ÉLECTRIQUE STATIQUE

“STATIQUE = Signifie stationnaire, ce qui ne bouge pas”

Déf: L’électricité statique est un charge électrique stationnaire.

EX: Un choc provoqué en touchant une porte. Ce choc est provoqué par le transfert des électrons d’un premier objet à un deuxième.

ELECTRISATION DE LA MATIÈRE (D’OBJET)

Il existe trois manières d’électriser un matière ou un objet ou de lui attribuer une charge. Un objet s’électrise signifie qui il gagne de perd ses charges.

ÉLECTRISATION D’UN OBJET PAR FROTTEMENT

Lorsqu’on frotte deux coups différents l’un contre l’autre l’un arrache des électrons à l’autre. Celui qui a gagné des électrons est chargé négativement et l’autre qui a perdu est alors chargé positivement

LA SÉRIE ÉLECTROSTATIQUE

C’est une liste qui indique comment les objets vont perdre ou gagner des électrons lorsqu’ils entrent en contact entre eux.

ÉLECTRISATION PAR CONTACT (OU PAR CONDUCTION)

Dans cette électrisation, un objet neutre devient chargé électrisé lorsqu’il entre en contact un objet chargé (positivement ou négativement).

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

Déf: L’électricité dynamique implique un mouvement des électrons contrôlé dans un conducteur.
Donc, on peut dire tout simplement que ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE = COURANT ÉLECTRIQUE

Courant Électrique: C’est une quantité de charge électrique (électron) qui se déplacent c’est-à-dire qui sautent d’atomes en atomes dans un circuit.

L’électricité dynamique circule facilement dans un conducteur (fils) et difficilement dans un isolant.
Pour faire circuler le courant, il faut un CIRCUIT ÉLECTRIQUE et une SOURCE D’ÉNERGIE qui provoque un grand nombre d’électrons

LES CIRCUITS ÉLECTRIQUES

Déf: Les circuits électriques sont des montages qui permettent la circulation du courant électrique.

COMPOSITION D’UN CIRCUIT ÉLECTRIQUE

Un circuit électrique comporte au moins quatre éléments.

1. Le générateur: appareil que fournit l’énergie électrique (pile, alternateur, etc.). Il est représenté par son unité de mesure est le VOLT (V)

2. Le récepteur: appareil qui reçoit l’énergie électrique et la transforme en une autre énergie (tous les appareils électriques). Il est représenté par

   

Son unité de mesure est OHMS (Ω)

3. Le conducteur: Élément qui relie électriquement le générateur et le récepteur. Son unité de mesure est Amperes (A).

4. Le protecteur: Qui doivent interrompre le passage de courant en cas de court-circuit ou de surcharge (fusible, disjoncteur).

5. Interrupteur: qui sert à allumer ou éteindre.

Le courant ne passe pas quand c’est ouvert. Le courant passe quand c’est fermé.

Le générateur: C’est une source d’énergie pour créer une différence de potentiel ou TENSION mesure en Volt

Le récepteur: Élément qui utilise l’énergie et dont la résistance se mesure en OHMS.

Le générateur et le récepteur sont appelés les DIPÔles c’est-à-dire fournisseur et récepteur du courant.

CONDUCTEURS ET ISOLANTS

a) Conducteurs sont matériaux que font passer le courant électrique (EX: cuivre, aluminium, etc)

b)Isolants: sont de matériaux qui ne font pas passer le courant électrique (EX: caoutchouc, papier, etc).

DIFFÉRENTS TYPES DE CIRCUITS

Il y a deux types de circuits possibles, CIRCUIT EN SÉRIE et CIRCUIT EN PARALLÈLE

1. CIRCUIT EN SÉRIE
   Un circuit en série est un montage dans lequel les éléments du circuit les uns après les autres. Le courant dans ce circuit n’a qu’un seul chemin possible pour revenir à la source du courant

   1. MONTAGE EN SÉRIE
      Des récepteurs sont montés en série, lorsqu’ils sont raccordés but à but, c’est-à-dire, lorsque l’extrémité du premier est raccordé avec le début du deuxième et ainsi de suite (les sorties sont raccordés avec les Entrées).

      

      Dans ce circuit, si une lampe s’éteint alors toutes les autres lampes doivent s’éteindre

   2. CHARGE EN SÉRIE

      Pour les charges en série, telle que les ampoules s’on ajoute une nouvelle ampoule, la luminosité va diminuer parce qu’il y a seulement un seul trajet ou les électrons circulent.

      S’il y a une ampoule de dévisser ou de brûler le circuit sera ouvert parce que les électrons ne peuvent pas circuler.

   3. LES RELATIONS POUR LE CIRCUIT EN SÉRIE

      V_t = V₁ + V₂ + V₃ (Différence de potentiel) DDP (Tension) en Volt

      I_s = I₁ + I₂ + I₃ (Courant) Intensité du courant qui traverse des dipôles en série est la même.

      R_t = R₁ R₂ R₃ (Résistance) le même courant parcourt les résistances, ce qui veut dire que chacune d’elles fait son travail comme prévu.

   4. LES PILES EN SÉRIE

      Pour les piles en série la différence de potentiel de chaque pile est additionnée.

      EX: Il y a trois piles en série avec les différences de potentiel suivants Pile 1 = 2V, Pile 2 = 3V, Pile 3 = 6V

      DDP = 2V + 3V + 6V

      = 11V

   5. AVANTAGE

      Un avantage pour les piles en série est qu’il y a augmentation de différence de potentiel.

   6. INCONVÉNIENT

      Un inconvénient par les piles en série est que lorsqu’il y a une pile qui est Morten, le circuit ne fonctionne pas.

2. CIRCUIT EN PARALLÈLE

   Un circuit en parallèle est un montage électrique dans lequel les éléments du circuit sont placés parallèlement en unes aux autres. Dans ce circuit, le courant peut revenir à la source par plusieurs chemins différents.

   1. MONTAGE EN PARALLÈLE

      Des récepteurs sont montés en parallèles lorsque les deux extrémités de chaque récepteur sont raccordés entre elles du même côte chaque fois (les entrés avec les ENTRÉES et les SORTIES avec les sorties).

K: L₁ ou L₂ ou L₃ Un interrupteur commandé trois ampoules en parallèle.

CHARGE EN PARALLÈLE

Pour les charges en parallèle, telles que les ampoules. Si on ajoute une autre ampoule, la luminosité ne vas pas charger parce qu’il y a plusieurs trajets ou les électrons circulent. Puisqu’il y a plusieurs trajets dans les circuits en parallèle, n’il y a une ampoule de dévissée ou de brûlée, le circuit va continuer à fonctionner car les électrons peuvent encore circuler.

LES RELATIONS POUR LES CIRCUITS EN PARALLÈLE

LES PILES EN PARALLÈLE

Pour les piles en parallèle, la différence de potentiel (DDP) (TENSION) est le moyenne des piles.

EX: Il y a trois piles montées en parallèle avec différences de potentiel suivantes.

AVANTAGE

Un avantage pour les piles montées en parallèle montées en parallèle est que lorsqu’il y a une pile qui meurt, le circuit continue à fonctionner.

INCONVÉNIENT

Un inconvénient pour les piles montées en parallèles est qu’il n’y a pas augmentation de la différence de potentiel.

LOI D’OHMS

La Loi d’Ohms met en relation trois éléments qui sont:

1. La valeur d’une résistance en résistance (en ohms)(Ω)

2. Le courant qui la traverse (en Amperes) (I)

3. La tension entre ses bornes (en Volts) (U)

U = la tension aux bornes de chaque résistance ou la DDP symbole (V)

I = courant qui traverse la résistance symbole (A)

R = Valeur de la résistance (Ω)

FORMULE

U= R × I qu’on peut exprimer facilement en Volt

V = Ω × A

RÉSUMÉ “LOI D’OHMS” (CIRCUITS)

Q: Dans un circuit en parallèle, la tension du générateur est de 2 Volts, les trois récepteurs ont respectivement pour résistances R1 = 2Ω, R2 = 3Ω et R3 = 2Ω

Déterminer les grandeurs manquants, l’intensité et la tension aux bornes de chaque résistance?

Q: Trouver l’intensité dans le circuit en série dont la tension générale est de 2V, les trois récepteurs ont les résistances respectives de 2Ω, 3Ω et 3Ω

ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Tout circuit électrique comporte un générateur qui fournit de l’énergie électrique qui met les charges en mouvement. Donc, l’énergie électrique représente l’énergie sous forme de courant électrique. L’unité de mesure de l’énergie est le JOULE (Symbole J) et son symbole est E.

Les appareils électriques consomment de l’énergie et la transforment en énergie utile et en chaleur.

Par exemple

Un ventilateur transforme l’énergie fourni par le secteur en énergie mécanique et en chaleur (Ça chaleur un peu).

Un grill-pain transforme l’énergie électrique en chaleur. Dans ce cas, la chaleur dissipée et de l’énergie perdue (EFFET JOULE).

On ne peut pas parler de “l’EFFET JOULE“ sans parler de “l’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE“.

EFFET JOULE (LA LOI DE JOULE)

EFFET JOULE (LA LOI DE JOULE) est une relation entre le courant électrique traversant une résistance et la chaleur dissipée par celle-ci.

L’effet Joule se manifeste dans tout conducteur, avec plus ou moins d’importance. On voit que la dégagement de chaleur est proportionnel:

• À la résistance

• Au carré de l’intensité du courant

• Au tempo pendant lequel circule le courant

FORMULE: W = R × I² × t

On mesure aussi la quantité d’énergie en Kilowatt heure mais l’unité légale est la JOULE(J)

L’énergie électrique notée E transférée d’un appareil de puissance nominale P fonctionnement pendant t est par la relation.

La puissance est donc la quantité d’énergie transformé par un appareil en une seconde.

OU ENCORE

La puissance électronique est aussi la vitesse à laquelle l’énergie électrique va être consommé. On peut aussi calculer l’énergie consommé en kilowattheure (Kwh). Pour ce fait, il faut que la puissance soit transformée en kilowatt et les temps en heure.

N.B: Si la quantité d’énergie en Joules a été déjà déterminée l’équivalence suivante peut être

1 Kwh = 3 600 000 J

1 Joule = 1 watt × 1 sec

1h = 60 min = 3 600 sec → 1 sec = 1/3 600 h

1 Kw = 1000 w → 1 watt = 1/1 000 Kw

Donc
1J = 1/1 000 Kw × 1/3 600 h

1J = 1/3 600 000 Kwh = 2,77 × 10^-7 Kwh

EX: Un appareil d’une capacité de 2 500W, fonctionne pendant 36 minutes. Quelle d’énergie électrique va-t-il consommé?

P = 2 500W Δt = 36 minutes = 2160 sec

E = ? = P × Δt = 2 500W × 2160 sec = 5 400 000 J

EFFICACITÉ D’UN APPAREIL ÉLECTRIQUE

Déf: “L’efficacité d’un appareil est la relation entre l’énergie produite par l’appareil et l’énergie fournie à cet appareil"

CALCUL DE L’EFFICACITÉ D’UN APPAREIL

Pourcentage d’efficacité = (Extrant énergétique / Intrant énergétique) × 100

Extrant Énergétique: C’est la quantité d’énergie produite par l’appareil (PRODUCTION)

Intrant Énergétique: C’est la quantité d’énergie consommé par l’appareil (CONSOMMATION)
EX: Une ampoule produit 35J d’énergie lumineuse, il lui faut 100J d’énergie électrique.

Production = 35J = Extrant

Consommation = 100J = Intrant

La pourcentage de l’efficacité = (35 J / 100 J) × 100

= 35%

CONSOMMATION ÉLECTRIQUE (COÛT DE L’ÉLECTRICITÉ)

Le prix de la consommation électrique dans les facteurs d’électricité est lié de manière proportionnelle à l’énergie consommé. Il est le produit de l’énergie électrique consommé par le prix d’un Kilowattheure.

D’ou

Pour calculer le coût d’utilisation d’un appareil électrique il faut connaître sa puissance et son tempo d’utilisation afin de déterminer la quantité d’énergie consommée par l’appareil.

Formule de Calcul

Coût d’utilisation = Électricité consommé × temps d’utilisation × coût de l’électricité

EX:

Une ampoule incandescente de 100W est utilisée pour éclairer l’extérieure d’une maison

a) Si elle reste allumée 8 heures par nuit, combien aura coûté son utilisation au bout d’un a ? le coût de l’énergie électrique est de 0.07$ / Kwh.

b) Quelle aurait été l’économie d’argent si on avait remplacé l’ampoule incandescente par un tube fluorescent de 13W.