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Grandeurs électriques Tension, Intensité

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1/4 : Tension électrique ou ddp

La tension est la force à l'origine de l'effet

La tension électrique est une force dont l'importance est liée à l'écart de charges électriquesDifférence de charges électriques entre les 2 éléments constituant respectivement le + et le
Ecart appelée aussi D.d.p. 'ddp' : différence de potentiel
entre les bornes du générateur, le + et le –. Plus cet écart est important, plus la tension et donc la force est élevée.

Amalgamons tension et distance :

  • Plus elles sont élevées, plus elle 'tirent' et risquent de briser, griller, un fil, le filament d'une ampoule !
  • Trop faibles, elles ne produisent pas assez effet !

Et maintenant assimilons tension et pression :


Chute d'eau pression = force est due à la hauteur

La pression naturelle est due à la gravité.

Dans la cascade ci-contre l'impact sur le solConséquence sur le récepteur, sera d'autant important que sa hauteurHauteur = écart entre sol et haut de la cascade.
Cet écart engendre la pression.

Coté électricité, la ddp (différence de potentiel)
engendre la tension en Volts (écart des charges électriques)
sera élevée !

Une autre conséquence de l'impact sur le sol est la largeur de la chute d'eau...

Largeur de la chute ?

Le débit est conséquent de la force (et donc tension) face à l'opposition subie qui, nous le verrons, se nomme résistanceUn peu comme si la chute d'eau devait passer par un tuyau de diamètre (et donc de section) plus ou moins élevé....




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Qui est à l'origine ? La tension est un écart : analogie hydraulique


Pour qu'un débit apparaisse, pour que l'eau coule d'une carafe, il est indispensable d'avoir une pression. La pression naturelle est gravitationnelleTout simplement la gravité, attraction terrestre, qui fait que tout ce qui est éloigné du centre de la terre est attiré par lui.
En résumé : tout élément maintenu en l'air a vocation à tomber, forcément dans un élément plus bas que lui comme l'eau qui coule toujours du haut vers le bas dans une cascade !
Cascade à 974 La Réunion
.




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Analogie avec la ddpDDP, d.d.p. = différence de Potentiel électrique appelée aussi tension ! (tension)

Vases communicants, circulation en cas de déséquilibre


Ci-dessous, la flèche désigne l'équivalent de l'interrupteur tandis que la roue à aube incarne ici le récepteur, en l’occurrence un moteur.
Tension ou d.d.p. les vases communicants
Comme le démontrent les animations pédagogiques, aucun débit n'est possible sans différence de niveau (d'eau) ci-dessus, ou de potentiel (tension électrique) ci-dessous.
Tension, ddp dans une pile, accu ou un condensateur
Cliquez pour rejouer l'animation

La tension est indispensable à toute circulation de courant électrique


Elle se nomme E ou UE dans générateur, U dans récepteur et s'exprime en VoltsEn hommage à Volta à l'origine de la première pile





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Une pile avec une patate ? Continu ? Alternatif ? 1.5 V, 9 V, 12V ?


Introduction avec une vidéo : de la pomme de terre (patate) aux piles et batteries !
La tension est la source : la grandeur primordiale

Pour vous en convaincre : essayez donc d'utiliser des ampoules 12 V sur un réseau 230 V !
Ou l'inverse : les ampoules 230 V ne s'allumeront pas du tout sur du 12 V
(sans compter l'incompatibilité des raccordements)




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Première pile de Volta...


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2/4 : Intensité electrique

Analogie : Intensité ≡ débit !

1
2
3
Intensité faible analogie hydraulique
Intensité faible ≡ débit faible
Intensité faible analogie hydraulique
Intensité moyenne ≡ débit moyen
Notez que la vitesse ne change pas !
Intensité faible analogie hydraulique
Surintensité provoque un échauffement avec risque d'incendie

Débit trop élevée provoque supression et risque d'éclatement de la canalisation ou tuyau

Intensité dans conducteur ≡ débit dans tuyau


La quantité de courant électrique circulant dans un circuit s'appelle l'intensité dont l'unité est l'AmpèreL'unité d'intensité est dédiée en hommage à André-Marie Ampère.


Son équivalent hydraulique est le débit instantanné




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Hydraulique ≡ électrique

Comparatif hydraulique électrique
La hauteur en hydraulique engendre la pressionPression gravitaire due à la gravité ≡ écart ≡ ddp ou tension
Cascade à 974 La Réunion
Ici la pression est très importante !
dont l'équivalent électrique est la tension U en Volt.
Le débit instantanéIci la largeur de l'écoulement correspond à l'intensité I en Ampère.


Tension U Pression

Intensité I Débit instantané




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Alors c'est qui ? ...


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3/4 : La loi d'Ohm U = R × I

Résistance : le lien entre tension et intensité, notion de résistance





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Une même tensionSource de tension : générateur, 2 intensités

Alimentation commune 2 résistances différentes
La vidéo précédente a démontré que pour une même tension (pression), on obtenait des intensités (débits) différents...
Pourquoi ?
Parce que les récepteurs sont différents !
La lampe de gauche oppose une résistance plus faible au passage du courant électrique que celle de droite.
Ainsi, l'intensité I1 qui la traverse est supérieure à I2.
Il en va de même pour les éclairages respectifs !

A l'inverse la lampe de droite oppose une résistance R2 plus grande et limite plus l'intensité (I2 < I1 ; R2 > R1).

Résistance = opposition !


Pour une même tension, résistance et intensité sont inversement proportionnels





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Loi d'OhmGeorg Ohm à laissé son nom à l'unité de résistance électrique U = R × I

A tension identique :
R1
Lampe puissante
Résistance faible
Intensité élevée
R2
Lampe faible
Résistance élevée
Intensité faible
Résistance et intensité sont inverses
Quand R augmente, I diminue et vice-versa !


U = R × I
Volt = Ohm × Ampère

I = U / R
Ampère = Volt / Ohm

R = U / I
Ohm = Volt / Ampère




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Soyons clair coté unités !...


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4/4 : Résistance interne, symboles de base, récapitulatif final

Unités, lettres

La tension c'est U

L'intensité c'est I

La résistance c'est R
son unité est le Volt V

son unité est l'Ampère A

son unité est l'Ohm Ω (oméga)


Résistance interne schématisée

U = E - R x I
Aucun générateur n'est parfait et la tension à ses bornes diminue quand l'intensité qu'il fournît augmente parce que le générateur possède une résistance interneLe générateur possède ses propres 'tuyaux' pour acheminer la différence de potentiel :
fils de liaison interne, couche de matériaux résistifs...
.

Aussi pour la différentier de U, la tension interneE = tension 'parfaite' avant toute chute de tension au coeur même du générateur ! est nommée E ! D'où la formule : U = E – r × I

E est la tension interne, avant toute perte.
Elle est accessible à vide, lorsque rien n'est raccordé à la source de tension



U est la tension en charge, diminuée de r × I r = résistance interne du générateur, résistance due à ses constituants
On utilise r miniature pour les résistances internes, R pour les récepteurs


(I = l'intensité consommée)




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Symboles de récepteurs résistifs

récepteurs résistifs
L = Lampe à filament résistif
R' = Ancien symbole du résistorLe résistor est un composant utilisé uniquement pour sa résistance électrique électrique.
R = Résistor, symbole en vigueur
S = Shunt : résistance très faible (voir multimètres)

Générateurs et mesure

Symboles générateurs et mesure
G1 = Générateur de tension, symbole standard
G2 = Générateur de tension continue
G3 = Générateur de tension, symbole peu utiliséSymbole quelquefois utilisé notamment par des électroniciens,
G pour générateur.


A1 = Accumulateur ou pile (tension continue)
A2 = Batterie d'accumulateurs ou piles en série

V = Voltmètre
A = Ampèremètre




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Récapitulatif final !...


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Electrons, atome, matière

électrons gravitant autour du noyau
Pour simplifier, la matière est constituée d'atomesReprésentation simplifiée ici du noyau + en rouge et des électrons – bleus qui gravitent autour, autour de leur noyau gravitent des électrons dont le nombre est lié au numéro atomique (tableau périodique des éléments, Mendeleïev.

Les électrons, chargés négativement, tournent autour du noyau, positif, en plusieurs cercles concentriques formant un nuage (nuage électronique).

Lorsque la dernière couche d'électrons, couche périphérique, est saturéeElle comporte le nombre requis d'électrons, équilibre des charges le matériaux est isolant ou très mauvais conducteurAucun isolant n'est parfait, en exemple :
L'eau pure est isolante mais l'eau courante avec sels minéraux est mauvaise conductrice


A l'inverse les bons conducteursAucun conducteur n'est parfait, il oppose toujours une résistance électrique présentent une dernière couche non saturée, ils échangeront donc facilement des électrons !
Dernière couche électrons
De gauche à droite : bon conducteur, semi-conducteur et isolant

Tableau des (sous) multiples

1
2
3
4
T Téra 10^12

1
— = m
k
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = k
m
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12




1
— = µ
M
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = M
µ
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12







1
— = n
G
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = G
n
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12










1
— = p
T
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = T
p
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12

Récepteur ou court-circuit ?

Court-circuit cct fils fins
A gauche, le récepteur est le plus résistif du trioGénérateur, conducteurs, récepteur.
Ainsi, l'élément subissant la majorité de l'intensité électrique est bien le récepteur !
A droite par contre, ce sont les fils qui subissent la majorité de l'effet électrique risquant de provoquer un incendie puisqu'ils sont installés dans des canalisations non prévues pour brûler !
Court-circuit cct générateur faible
A gauche, le récepteur est le plus résistif du trioGénérateur, conducteurs, récepteur.
Ainsi, l'élément subissant la majorité de l'intensité électrique est bien le récepteur : tout va bien !
Cette fois le générateur est plus faibleSa résistance interne est la plus élevée des résistances du circuit, et c'est lui qui subit l'effet avec risque d'incendie et/ou explosion !

Symboles générateurs de tension

Symboles générateurs de tension E
On utilisera prioritairement le symbole normalisé à gauche :
un cercle avec simplement le fil dans la continuité en interne.
Notez dans les autres représentations, on utilise E qui est réservé aux sources, contrairement à U, au niveau des récepteurs.Symboles autre générateurs
Autres représentations : G1 : tension continue, G2 : alternatif
A1 : accumulateur, A2 : batterie d'accumulateurs

Symboles générateurs d'intensité

Symboles générateurs d'intensité
Là aussi, celui de gauche est normalisé :
un cercle avec cette fois le trait perpendiculaire.

Conseils+, compléments, prérequis :
Atomes électrons
(sous) Multiples
Cct ou récepteur ?
Symboles générateurs E et I

Cours connexes recommandés par l'auteur :

Lien externe recommandé par l'auteur :

Crée le 18 / 04 / 2017, der. màj le 04 / 11 / 2017 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 195 fois ★☆☆☆☆
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