Chapitre 5.2.4 et 5.2.5 - sciences sec 4

5.2.4 LES LOIS DE KIRCHHOFF (STE)

La loi des nœuds (première loi de Kirchhoff):

• Elle indique qu’il n’y a pas de perte du courant électrique dans un circuit.

• Dans un circuit en série, il n’y a pas de nœuds, et l’intensité du courant est constante.

  • I_s = I₁ = I₂

• Dans un circuit en parallèle, l’intensité du courant totale est égale à la somme des intensités dans chacune des branches du circuit.

  • L’intensité du courant est divisée entre les branches du circuit de manière inversement proportionnelle à la résistance de chacune de ces branches.

  • I_s = I₁ + I₂

La loi des boucles ou des tensions (deuxième loi de Kirchhoff):

• Dans un circuit électrique, l’énergie totale acquise par les charges à la source est toujours égale à l’énergie totale dépensée par ces charges, et ce, quel que soit leur parcours dans le circuit. Autrement dit, toute l’énergie acquise est «dépensée».

• Dans un circuit en série, la différence de potentiel est divisée entre chacun des composants, proportionnellement à leur résistance électrique.

  • U_s = U₁ + U₂

• Dans un circuit en parallèle, la différence de potentiel aux bornes de chaque composant du circuit est égale à la différence de potentiel aux bornes de la source (peu importe ce qui se trouve sur chaque branche).

  • U_s = U₁ = U₂

Les circuits en parallèle:

• La résistance équivalente est plus faible que chacune des résistances des résisteurs d’un circuit.

• La résistance équivalente diminue quand on ajoute un résisteur.

La résistance équivalente:

Elle correspond à la valeur de la résistance qui permettrait de remplacer toutes les résistances d’un circuit électrique par une seule afin d’obtenir la même intensité de courant sortant de la source.

En série:

• R_éq = R₁ + R₂ + R₃ …

En parallèle:

• 1/R_éq = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ …

Résumé:

Résolution de circuits électriques:

• Identifier d’abord le type de circuit (série ou parallèle).

• Identifier les données fournies et ce qui est recherché.

• À chaque résistor, il y a une valeur de U, R, et I. (Ex.: pour le résistor #1 on utilise R₁, U₁ et I₁.

• Pour la source, on utilise U_s, R_éq, et I_s.

5.2.5 LA RELATION ENTRE LA PUISSANCE ET L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUES

Quand les charges électriques traversent une source de tension, elles gagnent de l’énergie électrique. À l’opposé, quand elles traversent un résisteur ou une ampoule, elles perdent de l’énergie électrique.

Puissance électrique (P): elle correspond au rythme auquel l’énergie électrique est consommée ou fournie.

• Une puissance électrique de 1 Watt signifie:

  • 1W = quantité d’énergie/unité de temps = 1 Joule/1 seconde = 1 J/s

Elle se mesure en watts (W); un watt correspond à un joule d’énergie consommée ou fournie chaque seconde.

Équations qui relient la puissance et l’énergie:

• E = PΔt ou P = E/Δt

  • E: énergie consommée ou fournie durant l’intervalle de temps (Δt), en joules (J).

  • P: puissance consommée ou fournie, en watts (W).

  • Δt: intervalle de temps écoulé, en secondes.

• P = UI

  • P: puissance électrique consommée ou fournie par une composante d’un circuit, en watts (W).

  • U: différence de potentiel aux bornes de cette composante, en volts (V).

  • I: intensité du courant établi dans cette composante, en ampères (A).

    • Vérifions à l’aide des unités de mesure:

      W = V ∙ A = J/C ∙ C/S = J/S

D’autres unités pour l’énergie électrique:

Pour mesurer la consommation électrique d’un appareil, le joule est une trop petite unité de mesure. On définit donc le kWh.

• E = PΔt

  • E: énergie électrique (kWh).

  • P: puissance électrique (kW).

  • Δt: temps (h)

• Le kWh est utilisé par Hydro-Québec pour facturer l’électricité.

• 1 kWh coute environ 0,08$.

• 1 kWh corespond à 3 600 000 J.

  • 1 kWh = 1 kW ∙ 1 h = 1000 W ∙ 3600 secondes = 3 600 000 J.

Les unités de mesure de l’énergie: J, Wh, ou kWh:

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