Force électromotrice et force contre électromotrice
Générateur et force électromotrice
Un générateur convertit une énergie (mécanique, chimique,lumineuse,…) en une énergie électrique.
On a alors la relation :
MERCI,
jeudi 21 juillet 2011
LES DIPOLES PASSIFS ELEMENTAIRES
LES DIPÔLES PASSIFS ÉLÉMENTAIRES
Les composants utilisés en électronique présentent des bornes électriques ou pôles permettant leur connexion dans un réseau. On distingue :
- les dipôles ( 2 pôles) comme les résistances, les condensateurs, les bobines, les piles, les diodes, …
- les quadripôles (4 pôles) comme par exemple les transformateurs, les filtres.
- les dipôles ( 2 pôles) comme les résistances, les condensateurs, les bobines, les piles, les diodes, …
- les quadripôles (4 pôles) comme par exemple les transformateurs, les filtres.
Caractéristique d’un dipôle
Soit un dipole traversé par un courant électrique I et dont la différence de potentiel entre ses bornes est U. La caractéristique de ce dipole est la courbe I=f(U). Suivant l’allure de cette courbe, on peut distinguer différentes familles de dipole.
Dipole linéaire : la caractéristique I=f(U) est une droite d’équation I=aU+b. Par exemple, les résistances et les générateurs de tension et de courant idéaux sont des dipoles linéaires. Si la caractéristique I=f(U) n’est pas une droite le dipole est non linéaire
Dipole passif : un dipôle est passif si son intensité de court-circuit est nulle et si la différence de potentiel à ses bornes est nulle en circuit ouvert. Dit autrement, pour un dipole passif, on a I=0 si U=0.Les trois circuits passifs principaux sont la résistance, la bobine d’induction et la capacité.
Dans les autres cas, on dit que le dipole est actif.
Dipole linéaire : la caractéristique I=f(U) est une droite d’équation I=aU+b. Par exemple, les résistances et les générateurs de tension et de courant idéaux sont des dipoles linéaires. Si la caractéristique I=f(U) n’est pas une droite le dipole est non linéaire
Dipole passif : un dipôle est passif si son intensité de court-circuit est nulle et si la différence de potentiel à ses bornes est nulle en circuit ouvert. Dit autrement, pour un dipole passif, on a I=0 si U=0.Les trois circuits passifs principaux sont la résistance, la bobine d’induction et la capacité.
Dans les autres cas, on dit que le dipole est actif.
Lois des dipôles en régime sinusoïdal
Après avoir rappelé les lois générales, nous allons nous intéresser au régime sinusoïdal qui est le régime de fonctionnement le plus souvent utilisé en électronique.
Soit un courant variant en fonction du temps selon la loi sinusoïdale suivante :
Soit un courant variant en fonction du temps selon la loi sinusoïdale suivante :
Pour éviter des calculs fastidieux lors de l’étude des associations de dipoles en série et en parallèle on utilise deux méthodes pratiques:
- le diagramme de Fresnel
- la notation complexe
- le diagramme de Fresnel
- la notation complexe
MERCI,
Générateurs idéaux
Générateurs idéaux
Générateur de tension idéal
Un générateur de tension idéal délivre une différence de potentiel indépendante du courant qu’il délivre.
On représente ce générateur par les symboles suivants :
On représente ce générateur par les symboles suivants :
Ce générateur de tension n’existe pas et en pratique, la différence de potentiel en sortie d’un générateur de tension décroit en fonction du courant de sortie.
Générateur de courant idéal
Un générateur de courant idéal délivre un courant indépendamment de la différence de potentiel entre ses bornes.
On représente ce générateur par les symboles suivants :
On représente ce générateur par les symboles suivants :
Lois fondamentales (suite)
Lois fondamentales
Loi des noeuds
Le mouvement des charges, créant le courant est soumis aux lois de la physique : conservation de l’énergie, de la quantité de mouvement et de la charge (de la matière).
On choisit un sens arbitraire pour chaque courant. Par convention, les courants i se dirigeant dans le même sens que les flèches seront comptées positivement .
Soit le nœud N un point de raccordement de plusieurs conducteurs traversés par des courants.
En un nœud, il ne peut y avoir accumulation de charges.
MERCI,
Lois fondamentales
Lois fondamentales
Un réseau ou circuit électrique est un ensemble de conducteurs reliant entre eux des éléments appelés composants : résistance, condensateur, bobine de self-induction, diode, transistor, …
Dans un réseau électrique, on distingue :
- le noeud : point de raccordement entre au moins deux conducteurs
- la branche : portion du réseau compris entre deux noeuds
- la maille : partie du réseau qui se referme sur elle même
Dans un réseau électrique, on distingue :
- le noeud : point de raccordement entre au moins deux conducteurs
- la branche : portion du réseau compris entre deux noeuds
- la maille : partie du réseau qui se referme sur elle même
Loi des mailles
Soit le réseau suivant :
Soit une charge q se déplaçant le long d’une maille ; chaque noeud de la maille se trouve à un potentiel bien défini par rapport à un noeud d’origine ou de référence commune M dont le potentiel est appelée masse.
q se déplace le long de la maille ABEFA et subit des variations d’énergie potentielle le long du parcours. On a :
q se déplace le long de la maille ABEFA et subit des variations d’énergie potentielle le long du parcours. On a :
Courant électrique
Courant électrique
Le débit de charge ou courant électrique est donné par la relation :
Les lois du courant électrique ont été étudiée par Ampère ( 1755-1836) au début du 19ième siècle.
Par convention le sens du courant est le sens contraire du déplacement des électrons.
MERCI,
RAPPELS D’ELECTROCINETIQUE
RAPPELS D’ELECTROCINETIQUE
1.1 Introduction
L’électrocinétique étudie la circulation des courants électriques dans les circuits électriques composés d’un ensemble d’éléments appelés composants comme les générateurs (piles, …), les composants passifs (résistance, bobine d’induction, condensateur) et les composants actifs (transistor, amplificateur opérationnel, …). Ces éléments sont reliés entre eux par des fils conducteurs.
1.2 Matériaux en électricité
Les électrons se déplacent dans les solides plus ou moins facilement selon le matériaux. La charge d’un électron est égale à 1,6.10-19 Coulomb. On distingue 3 types de matériaux :
Les conducteurs : matériaux dans lesquels un champ très faible suffit à fournir une énergie permettant le déplacement des électrons libres (porteurs de charges arrachés à chaque atome). On a un à deux électrons libres en moyenne par atome. La concentration en électrons dépend du matériau ; par exemple pour le cuivre, on a 1028 électrons par m3 .
Les isolants : pas d’électron libre. La qualité de l’isolant dépend de la pureté du matériau
Les semi-conducteurs : la concentration en électrons dépend du matériau et de la température. Les électrons sont disposés dans des bandes permises séparées par des bandes dites interdites. Une certaine quantité d’énergie permet de faire passer des électrons d’une bande permise pleine (bande de valence) vers la bande vide (bande de conduction) générant ainsi des trous électriquement équivalents à des charges positives dans la bande de valence. Les semi-conducteurs sont utilisés dans la plupart des circuits actifs.
Les conducteurs : matériaux dans lesquels un champ très faible suffit à fournir une énergie permettant le déplacement des électrons libres (porteurs de charges arrachés à chaque atome). On a un à deux électrons libres en moyenne par atome. La concentration en électrons dépend du matériau ; par exemple pour le cuivre, on a 1028 électrons par m3 .
Les isolants : pas d’électron libre. La qualité de l’isolant dépend de la pureté du matériau
Les semi-conducteurs : la concentration en électrons dépend du matériau et de la température. Les électrons sont disposés dans des bandes permises séparées par des bandes dites interdites. Une certaine quantité d’énergie permet de faire passer des électrons d’une bande permise pleine (bande de valence) vers la bande vide (bande de conduction) générant ainsi des trous électriquement équivalents à des charges positives dans la bande de valence. Les semi-conducteurs sont utilisés dans la plupart des circuits actifs.
merci,
Vitesse des charges – Loi d’Ohm
Vitesse des charges – Loi d’Ohm
– Dans le vide, sous l’effet des forces électrostatiques, les charges atteignent couramment
des vitesses de l’ordre de plusieurs milliers de m/s (tubes cathodiques).
– Dans la matière, en raison de la difficulté à se frayer un chemin entre les atomes
ou molécules, les porteurs de charges, soumis à l’agitation thermique, atteignent
rapidement une vitesse limite très faible de l’ordre de quelques mm/s (Cuivre).
C’est la loi d’Ohm qui traduit cette vitesse limite par l’intermédiaire de
−→
j .
1) Sous forme microscopique (
−→j est la densité de courant et s la conductivité du
matériau) :
des vitesses de l’ordre de plusieurs milliers de m/s (tubes cathodiques).
– Dans la matière, en raison de la difficulté à se frayer un chemin entre les atomes
ou molécules, les porteurs de charges, soumis à l’agitation thermique, atteignent
rapidement une vitesse limite très faible de l’ordre de quelques mm/s (Cuivre).
C’est la loi d’Ohm qui traduit cette vitesse limite par l’intermédiaire de
−→
j .
1) Sous forme microscopique (
−→j est la densité de courant et s la conductivité du
matériau) :
Charges libres – Charges liées
Les atomes sont formés d’un noyau entouré d’un nuage électronique (Fig. 1.5).
Pour obtenir des charges électriques il faut arracher à l’atome un ou plusieurs électrons.
Cela peut se faire de plusieurs manières
Pour obtenir des charges électriques il faut arracher à l’atome un ou plusieurs électrons.
Cela peut se faire de plusieurs manières
1) Par apport d’une énergie extérieure.
– Mécaniquement par frottement : l’air sur la carrosserie d’une voiture.
– Électriquement : un champ électrique intense peut étirer un atome jusqu’à lui
extraire un électron (diode Zener).
– Thermiquement : l’agitation thermique des atomes et molécules dans les gaz
peut se traduire par l’ionisation de ceux-ci (plasma).
2) Par rapprochement des atomes (cristaux, polycristaux). Bien que les chaînes cristallines
doivent leur cohésion à la mise en commun de leurs électrons, elles ne
donnent pas toujours des matériaux conducteurs. On trouve : des conducteurs, des
semi-conducteurs et des isolants
– Mécaniquement par frottement : l’air sur la carrosserie d’une voiture.
– Électriquement : un champ électrique intense peut étirer un atome jusqu’à lui
extraire un électron (diode Zener).
– Thermiquement : l’agitation thermique des atomes et molécules dans les gaz
peut se traduire par l’ionisation de ceux-ci (plasma).
2) Par rapprochement des atomes (cristaux, polycristaux). Bien que les chaînes cristallines
doivent leur cohésion à la mise en commun de leurs électrons, elles ne
donnent pas toujours des matériaux conducteurs. On trouve : des conducteurs, des
semi-conducteurs et des isolants
Milieux électriques
• Conducteurs. Beaucoup d’électrons sont libres de se déplacer à l’intérieur du
métal (Fig. 1.6).
métal (Fig. 1.6).
• Semi-conducteurs. Ce sont des monocristaux, extrêmement purs, dont quelquesuns
seulement des atomes libèrent à la température ambiante (T ≈ 300 K) un
électron, typiquement 1 électron pour plus de 100 millions d’atomes (Fig. 1.7). Les
atomes des cristaux semi-conducteurs appartiennent à la colonne IV de classification
périodique des éléments.
seulement des atomes libèrent à la température ambiante (T ≈ 300 K) un
électron, typiquement 1 électron pour plus de 100 millions d’atomes (Fig. 1.7). Les
atomes des cristaux semi-conducteurs appartiennent à la colonne IV de classification
périodique des éléments.
La conduction est assurée, à la fois par les électrons (porteurs négatifs) et les ions
positifs qui donnent l’impression de se déplacer car, en raison de l’agitation thermique
permanente, des électrons quittent un atome pour un ion, etc. On appelle ces
ions positifs des trous (porteurs positifs). La conductivité du semi-conducteur est la
somme de deux conductivités :
– La conductivité des porteurs positifs (faible) sP : les trous se déplacent moins
facilement que les électrons.
– La conductivité des électrons (moins faible) sN .
Globalement la conductivité est bien plus faible que celle des métaux car les porteurs
de charges sont peu nombreux (il y a autant de porteurs de charges positifs que
négatifs).
positifs qui donnent l’impression de se déplacer car, en raison de l’agitation thermique
permanente, des électrons quittent un atome pour un ion, etc. On appelle ces
ions positifs des trous (porteurs positifs). La conductivité du semi-conducteur est la
somme de deux conductivités :
– La conductivité des porteurs positifs (faible) sP : les trous se déplacent moins
facilement que les électrons.
– La conductivité des électrons (moins faible) sN .
Globalement la conductivité est bien plus faible que celle des métaux car les porteurs
de charges sont peu nombreux (il y a autant de porteurs de charges positifs que
négatifs).
MERCI,
PHÉNOMÈNE DE CONDUCTION : LE COURANT ÉLECTRIQUE
PHÉNOMÈNE DE CONDUCTION : LE COURANT ÉLECTRIQUE
Le courant électrique
• Courant électrique. Les charges électriques, soumises à un champ électrique,
subissent des forces électrostatiques : elles se déplacent. Le flux de charges à travers
une surface S s’appelle l’intensité du courant électrique. On le note i et son unité est
l’ampère (A).
subissent des forces électrostatiques : elles se déplacent. Le flux de charges à travers
une surface S s’appelle l’intensité du courant électrique. On le note i et son unité est
l’ampère (A).
• Densité moyenne de courant. On associe à cette grandeur fondamentale, la densité
moyenne de courant rapportée à l’unité de surface, notée J :
moyenne de courant rapportée à l’unité de surface, notée J :
MERCI,
Champ électrique
Champ électrique
La force
−→F qui agit sur la charge Q, résulte de l’action à distance de la charge q.
Cette interprétation conduit à une nouvelle écriture de la loi de Coulomb :
−→F qui agit sur la charge Q, résulte de l’action à distance de la charge q.
Cette interprétation conduit à une nouvelle écriture de la loi de Coulomb :
merci,
1.1.2 Particules et charges électriques
Particules et charges électriques
Après la découverte de l’électron, de nombreuses particules ont été mises en évidence
: les protons et neutrons qui composent le noyau de l’atome, les photons qui
composent la lumière et toutes celles qui sont issues de la fission des noyaux atomiques
: neutrinos, muons, kaons, gluons, etc. (une centaine environ).
: les protons et neutrons qui composent le noyau de l’atome, les photons qui
composent la lumière et toutes celles qui sont issues de la fission des noyaux atomiques
: neutrinos, muons, kaons, gluons, etc. (une centaine environ).
Forces électrostatiques : Loi de Coulomb
• Attraction et répulsion de deux charges électriques
• Module des forces d’attraction et de répulsion. Exprimé en newton (N), il est
donné par la loi de Coulomb :
donné par la loi de Coulomb :
Remarque : La théorie de la propagation des ondes électromagnétiques
montre que les constantes ´0 (permittivité du vide), m0 (perméabilité magnétique
du vide) et c (vitesse de la lumière dans le vide) sont liées par la relation :
´0 m0 c2 = 1. Depuis que la vitesse de la lumière dans le vide est devenue
une référence, la permittivité du vide est devenue une constante exacte définie
par :
montre que les constantes ´0 (permittivité du vide), m0 (perméabilité magnétique
du vide) et c (vitesse de la lumière dans le vide) sont liées par la relation :
´0 m0 c2 = 1. Depuis que la vitesse de la lumière dans le vide est devenue
une référence, la permittivité du vide est devenue une constante exacte définie
par :
Qu’est-ce que l’électricité ?
1.1 PARTICULES, CHARGES ÉLECTRIQUES ET PORTEURS
DE CHARGES
1.1.1 Particules et charges électriques
s
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