IFCA Électricité - Notion élémentaire en Électricité

ÉLECTRICITÉ

~ Notion élémentaire en Électricité ~

CAP IFCA - mODULE N°2 - CTE 11

oBJECTIFS:

1. Circuit Électrique.

2. Tension ou Différence De Potentiel (DDP).

3. Intensité.

4. Puissance.

5. Résistance.

1.

circuit Électrique:

Un circuit électrique est obligatoirement composé d'un générateur (ex: une pile), d'un organe de commande (ex: un interrupteur), d'un récepteur (ex: une ampoule) & de fils conducteurs reliant les différents composants!

Organe de Commande

Lampe

Interrupteur

Interrupteurtoujousouvert

Récepteur

Le Courantnecirulepas!!

1.

Pile

Générateur

Un circuit éléctrique est toujours représenté ouvert. c'est à dire que les électrons NE peuvent circuler QUE si on actionne l'organe de commande. Une fois le circuit fermé, les électrons peuvent circuler & par conséquent, l'ampoule s'illume.

2.

La tension ou ddp

(Différence De Potentiel)

Définition:

La tension électrique est le différence qui existe entre la borne (+) & la borne (-) d'un générateur. Le symbole de la tension est U ou T. L'unité de mesure de la tension est le Volt & son symbole est V.

Remarque:

On utilise aussi des unités multiples & sous miltiples du volt. Citons les plus utilisés: - Le Kilovolt: 1 kV = 1000 V - Le millivolt: 1 mV = 0.001 V

Ordres de grandeurs:

Entre les 2 extrémités d'un éclair: 100 000 V Entre les bornes d'une batterie: 6 V ou 12 V ou 24 V continu Entre les bornes d'une pile isolée: 1.5 V ou 4.5 V ou 9 V continu Aux bornes d'une machine industrielle: 400 V alternatif

2.

Représentation schématique:

On dessine la tension par une flèche aux bornes du dipôle étudié & cela de manière différente s'il s'agit d'un générateur ou d'un récepteur. Un dipôle est un appareil qui possède 2 bornes.

Représentation pour un générateur

Représentation pour un récépteur

2.

La tension ou ddp

(Différence De Potentiel)

Par analogie, nous allons imaginer un réseau d'eau (dessin ci-dessous). Si je veux que la roue tourne, il faudra que la pompe oblige l'eau à circuler du bac 1 au bac 2. Il faudra obligatoirement ouvrir le robinet. Le bac 2 étant à un niveau supérieur par rapport au bac 1, l'écoulement de l'eau se fera naturellement par gravité.

analogie

Exemple:

gravité

Niveau A du bac 1

Sur le dessin ci-contre, nous pouvons comparer les différents éléments en les assossiants à des composants électriques: - la pompe sera le générateur (la pile) - le robinet sera l'organe de commande (l'interrupteur) - la roue sera le récepteur (la lampe) - Les tuyaux & bacs seront nos fils conducteur - l'eau sera notre électricité

Bac 2

La différence de niveau A entre le bac 1 & le niveau B du bac 2 correspond à la tension ou DDP.

Robinet

2.

Pompe

Ecart de niveau entre les bacs 1 & 2

Roue

Bac 1

Niveau B du bac 2

2.

La tension ou ddp

(Différence De Potentiel)

La générateur (pile) joue le rôle de la pompe. Ce qui permet la circulation des électrons (eau) & fait tomber ces électrons du point A au point B. La différence de niveau entre les points A & B correspond, en électricité, à une Différence De Potentiel (DDP). Il s'agit de la différence entre la borne + & la borne -.

Difference De Potentiel (DDP)

Interrupteur(FERMÉ)

FERMÉ

12 Volts

2.

12 Volts

Pile 12 Volts

3.

l'intensitÉ:

L’intensité est la quantité d’électrons qui traverse en une seconde une section quelconque, on entend par section une distance (ou point donnée). Toujours par analogie avec notre circuit d’eau, on compare l’intensité au débit eau fourni par un circuit d’eau. La définition du débit d’eau est la quantité d'eau s'écoulant en une seconde en un point donné d'un cours d'eau. (Voir dessin ci-dessous).

Sur le dessin ci-contre, on peut dire que l’intensité correspond au débit de l'eau qui s'écoule en une seconde. C'est à dire, la quantité d’électron qui circule dans le circuit à la condition que l’interrupteur soit fermé. La circulation et la quantité d’électrons dépendent de la durée de fermeture de l’interrupteur. La quantité d'électrons circulants est appelée quantité d'électricité (Q).

Débit: quantité d’eau qui s’écoule en 1 seconde

Sur le dessin ci-contre, on peut dire que l’intensité correspond au débit de l'eau qui s'écoule en une seconde. C'est à dire, la quantité d’électron qui circule dans le circuit à la condition que l’interrupteur soit fermé. La circulation et la quantité d’électrons dépendent de la durée de fermeture de l’interrupteur. La quantité d'électrons circulants est appelée quantité d'électricité (Q).

3.

3.

l'intensitÉ:

Sur le dessin ci-contre, les électrons sont représentés par les petites boules jaunes. Dès lors où l'interrupteur est fermé, le courant passe et circule dans le circuit. L'intensité est la quantité d'électrons qui traverse en une seconde une section.

FERMÉ

Interrupteur FERMÉ

Lampe éclairée

Le symbole de l'Intensité est (I). L'unité de mesure de l'intensité est l'Ampère (A).

(I)

(A)

3.

Section

Remarque: On utilise aussi des multiples & sous multiples de l'ampère. Citons-les plus utilisés: - Le milliampère: 1 mA = 0.001 A - Le microampère: 1 µA = 0.000001 A

Remarque:

Intensité: quantité d’électrons qui circule en 1 seconde sur cette section

4.

lA puissance:

La puissance absorbée (ou livrée) par un appareil est mesurée par l’énergie absorbée (ou livrée) en 1 seconde. Toujours en analogie avec notre circuit d’eau, la puissance correspondrait à la pression de l’eau. Plus exactement la pression correspondrait au produit de la pression et du débit. (Voir dessin ci-dessous)

Puissance = Pression x débit en 1 seconde

4.

4.

la Puissance:

Sur le dessin ci-contre, on peut dire que la puissance correspond à la tensionv en volts par la quantité d'électrons que travers le récépteur (lampe) en 1 seconde.

FERMÉ

Lampe éclairée

Le symbole de la Puissance est (P). L'unité de mesure de la puissance est le Watt (W).

Interrupteur FERMÉ

dégage une puissance

Remarque: On utilise aussi des multiples & sous multiples de la puissance. Citons-les plus utilisés: - Le milliwatt: 1 mW = 0.001 W - Le kilowatt: 1 Kw = 1000 W

Puissance:tension en (volt) x quantité d'électron qui circule en 1 s sur cette lampe

4.

P = U x I

P = U x I

Exemple. Une tension de 12V aux bornes d'une lampe traversée par une quantité d'électrons équivalente à 10A degagerait une puissance de 120 Watts.

4.

la Puissance:

ÉNERGIE & PUISSANCE ÉLECTRIQUE:

Si le récepteur est soumis à une tension U

et qu'il est traversé

pendant un temps t,

traversé

par un courant d'intensité I

il va absorber de l'énergie électrique.

Cette énergie est notée W.

Intensité I

Tension U

4.

Temps t

4.

la Puissance:

ÉNERGIE & PUISSANCE ÉLECTRIQUE:

W = Energie en joule (J)U = Tension en volt (V) I = intensité en ampère (A) t = temps en seconde (s)

Les équations qui permettent de déterminer l’énergie sont les suivantes:

W = U x I x t

Le Watt Heure (WH):

W = Energie en joule (J)P = Puissance en (W) t = temps en seconde (s)

W = P x t

Remarque: si t est mesuré en heure, W est obtenu en Wattheure (Wh).

1 watt-heure (Wh) = 3 600 J = 3,6 kJ1 kilo watt-heure (kWh) = 1 000 Wh = 3,6 MJ soit 3600 000 J

4.

Le kilo watt-heure ou kilowattheure (symbole kW/ h ou kWh) est une unité d'énergie. Un kilowatt-heure vaut 3,6 mégajoules.

Si de l'énergie est produite (ou consommée) à puissance constante sur une période donnée, l'énergie totale en kilowatts-heures est égale à la puissance en kilowatts multipliée par le temps en heures.

Le kilowattheure est surtout utilisé pour l'énergie électrique. C’est ce que utilise les fournisseurs d’électricité (EDF, ENGIE..) pour facturer le courant consommé dans une maison. Mais il l'est aussi pour facturer le gaz combustible et faire des bilans énergétiques.

Exemples : Un appareil de 2 500 W (2,5 kW) utilisé à puissance maximale pendant 2 h aura consommé 2,5 kW × 2 h = 5 kW h en tout.

4.

la Puissance:

Le Rendement:

Notion de rendement : Toutes machines (ou récepteur) ne rendent pas toute l’énergie électrique qu’elles reçoivent.

En électrotechnique, le rendement d'un moteur électrique (ou tout récepteur) est donné par le rapport entre la puissance mécanique délivrée et la puissance électrique absorbée.

Rendement = puissance utile / puissance absorbée l’équation est la suivante :

η = rendement (%)Pu = Puissance utile (W)Pa = Puissance absorbée (W)

4.

η = Pu / Pa

Rendement = puissance utile / puissance absorbée IL Y A PERTE D’ENERGIE.

Le rapport du rendement doit être le plus proche de 1 (soit de 100 %).

4.

la Puissance:

Le Rendement:

Prenons l'exemple d’un treuil :

Moteur électrique en fonctionnement dégagement de chaleur puissance inutile.

La puissance absorbée est l'énergie amenée au moteur (& absorbée). Exemple: 1500w La puissance utile est l'énergie mécanique développer pour soulever un poids: 1200w La puissance inutile est l'énergie thermique (chaleur) dégagé par le moteur lorsqu'il fonctionne.

Soulèvement d’une charge puissance utile.

Le rapport du rendement doit être le plus proche de 1 ou (100 %).

source: Hellopro.fr

Branchement puissance absorbée.

Rendement = puissance utile / puissance absorbée IL Y A PERTE D’ENERGIE

Le rendement est η = Pu /Pa = 1200/1500 = 0.8 Soit η = 80%

4.

5.

la RESISTANCE:

Définition:

La résistance est la capacité d’un corps à empêcher le passage total ou partiel du courant électrique. Par analogie avec un circuit hydraulique, c’est le bouchage, la fermeture d’une vanne partielle ou totale ou le rétrécissement des tuyauteries circuit d’eau (voir dessin ci-dessous).

5.

5.

la RESISTANCE:

Sur le dessin ci-dessous, qui correspond au schéma électrique, on peut dire que le récepteur (lampe), de par sa composition, provoque une résistance au passage du courant (bouchage partiel). Cette condition aura comme conséquence de provoquer un échauffement de la partie résistante de la lampe appelée filament qui transformera l’énergie électrique en énergie lumineuse et thermique (chaleur) appeler aussi effet joule.

5.

5.

la RESISTANCE:

Unité - Symbole

L'unité de mesure de la résistance est l'Ohm (Ω). Le symbole de la résistance est (R).

Remarque:

On utilise aussi des multiples & sous multiples de la résistance. Les plus utilisés étant:

- les milliohms: 1 mΩ = 0.001 W - le Kilo Ohm: 1 KΩ = 1000 Ω - le Méga Ohm: 1 MΩ = 1000000 Ω

Il n’existe pas de conducteur parfait (cuivre, aluminium). Tous manifestent une certaine opposition au passage du courant. Il n’existe pas non plus d’isolant parfait (porcelaine, verre). Tous laissent passer un peu de courant

5.

Exemple : Dans certains cas, l'effet Joule est intéressant : l'énergie dégagée peut être utilisée, par exemple, pour faire chauffer l'eau dans une bouilloire. Tous opposent un passage plus ou moins fort au courant électrique provoquant un échauffement qui est appelé l’effet joule caractérisé par l’énergie thermique libérée pendant un temps t et par la puissance P mise en jeu.

5.

la RESISTANCE:

Loi de Joule

Définition de la Loi de Joule:

L’énergie électrique dissipée en chaleur par l'effet Joule dans un récepteur est proportionnelle : - à la durée de passage du courant - à la résistance du récepteur - au carré de l’intensité du courant

La relation est la suivante l’énergie est égale à :

W = R x I² x t

Effets recherchés de l’effet joules:

Comme vous l’avez compris, nous utilisons le principe de l’effet joule régulièrement dans la vie de tous les jours : - four, chauffage électrique, fer à repasser (Les récepteurs thermiques) - le filament des lampes par incandescence (Les récepteurs lumineux) - les organes de protections électriques comme les fusibles (fils d’alliage de plomb et d’étain) qui protègent les installations électriques en fondant.

W = Energie en joule (J) R = Résistance en Ohm (Ω) I = Intensité au carré en ampere (A) t= Temps en seconde(s)

Remarque : si l’on exprime t en heure, on trouve W en wattheure.

La loi de Joule s’applique à tous les appareils électriques, quel que soit leur rôle, générateur ou récepteur, la loi de Joule est universelle.

5.

Effet non recherché de l’effet joules pertes et échauffement:

Chaque fois que le dégagement de chaleur n’est pas recherché, l’effet Joule est nuisible. Il en est ainsi dans la majorité des applications de l’électricité. Les pertes par effet Joule présentent plusieurs inconvénients : - elles diminuent le rendement des appareils - elles causent un échauffement qui, s’il est excessif, peut détériorer les isolants et provoquer des courts-circuits.