LES GRANDEURS DE L’ÉLECTRICITÉ

1. Mise en évidence des phénomène électriques

1. Mise en évidence des phénomène électriques Phénomènes connus depuis l’antiquité : triboélectricité (Thalès de Milet, au Viè siécle avant notre ère).

1. Mise en évidence des phénomène électriques Phénomènes connus depuis l’antiquité : triboélectricité (Thalès de Milet, au Viè siécle avant notre ère). http://phymain.unisciel.fr/comment-devier-un-filet-deau/

Pour interpréter ces phénomènes : notion de charge de la matière.

2. Charge électrique.

2. Charge électrique. 2.1. Généralités.

Grandeur caractéristique de la matière. Notée q, exprimée en coulomb. 2. Charge électrique. 2.1. Généralités. Grandeur caractéristique de la matière. Notée q, exprimée en coulomb. Grandeur qui peut être positive ou négative.

2.2. Origine microscopique

2.2. Origine microscopique Les charges sont portées par les constituants élémentaires de la matière : protons, électrons.

2.2. Origine microscopique Les charges sont portées par les constituants élémentaires de la matière : protons, électrons. La matière est globalement neutre électriquement : autant de charges positives que négatives.

Charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C 2.2. Origine microscopique Les charges sont portées par les constituants élémentaires de la matière : protons, électrons. La matière est globalement neutre électriquement : autant de charges positives que négatives. Charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C

2.3. Manifestations de la charge

- Une charge électrique interagit avec une autre charge.

- Une charge électrique interagit avec une autre charge. Crée un champ électrique. Subit une force lorsqu’elle est placée dans un champ électrique.

Valeur du champ électrique créé par la charge q à la distance x (dans le vide) : 𝐸 𝑥 = 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 𝑥² Valeur de la force subie par la charge q : 𝐹=𝑞.𝐸

e0 perméabilité du vide : e0 = 8,8541782.10-12 A².s4.kg-1.m-3 Champ électrique E : en V.m-1 soit kg.m².s-3.A-1

Exemple de manifestation des forces électriques : électrophorèse.

Structure de la matière. La matière est constituée de particules chargées : électrons. ions. protons.

Les forces électriques assurent la cohésion de la matière.

3. Le courant électrique.

3.1. Courant et intensité du courant électrique.

C’est le courant électrique. Si l’on soumet des charges à un champ électrique, ces charges vont subir une force et se mettre en mouvement : C’est le courant électrique.

Un courant électrique va être caractérisé par son intensité.

S L’intensité du courant est la quantité de charge traversant S par seconde.

S 𝑖= 𝑑𝑞 𝑑𝑡 i en ampère (A) 1 A = 1C.s-1 𝑖= 𝑞 𝑡 En régime permanent :

3.2. Conducteurs et isolants. Conducteur : les porteurs de charge peuvent se déplacer. Isolants : les porteurs de charges sont localisés.

Cette propriété est liée à la nature de la liaison chimique. 3.2. Conducteurs et isolants. Conducteur : les porteurs de charge peuvent se déplacer. Isolants : les porteurs de charges sont localisés. Cette propriété est liée à la nature de la liaison chimique.

Conducteurs : métaux, solutions ioniques … Isolants : molécules organiques, gaz… NB : dans certaines conditions, un isolant peut devenir conducteur.

4. Énergie électrique et tension électrique.

4.1. Énergie d’un charge électrique. On cherche l’énergie d’une charge subissant une force électrique.

La charge q subit une force : 𝐹= 𝑞 1 .𝐸

La charge q1 subit une force : 𝐹= 𝑞 1 .𝐸 Elle reçoit donc un travail : 𝑑𝑊=𝐹.𝑑𝑥 Quand elle se déplace de dx sous l’effet de la force F

La charge q subit une force : 𝐹= 𝑞 1 .𝐸 Elle reçoit donc un travail : 𝑑𝑊=𝐹.𝑑𝑥 𝑊= 𝐴 𝐵 𝐹.𝑑𝑥 = 𝑞 1 . 𝐴 𝐵 𝐸.𝑑𝑥 Soit, pour un trajet de A à B :

On va prendre l’exemple du champ électrique vu précédemment : 𝐸 𝑥 = 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 2 𝑥²

On va prendre l’exemple du champ électrique vu précédemment : 𝐸 𝑥 = 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 2 𝑥² 𝑊= 𝐴 𝐵 𝐹.𝑑𝑥 = 𝑞 1 . 𝐴 𝐵 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 2 𝑥² .𝑑𝑥

On va prendre l’exemple du champ électrique vu précédemment : 𝐸 𝑥 = 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 2 𝑥² 𝑊= 𝐴 𝐵 𝐹.𝑑𝑥 = 𝑞 1 . 𝐴 𝐵 1 4.𝜋. 𝜀 0 . 𝑞 2 𝑥² .𝑑𝑥 𝑊= 𝐴 𝐵 𝐹.𝑑𝑥 = 𝑞 1 . − 𝑞 2 4.𝜋. 𝜀 0 . 1 𝑥 𝐵 − 1 𝑥 𝐴 .

𝑉 𝐴 = − 𝑞 2 4.𝜋. 𝜀 0 . 1 𝑥 𝐴 . On définit : comme étant le potentiel au point A.

𝑉 𝐴 = − 𝑞 2 4.𝜋. 𝜀 0 . 1 𝑥 𝐴 . On définit : comme étant le potentiel au point A. Alors, W = q.(VB-VA)

Cette relation se généralise à tout type de champ électrique : L’énergie acquise par une charge q entre le point B et le point A est donnée par : W = q. (VB-VA)

V est le potentiel en un point, en volt. 1 volt = 1 joule/coulomb = 1 kg.m².s-3.A-1 L’énergie de la charge q au point A : e = q.VA

4.2. Différence de potentiel. V non mesurable : on mesure la différence de potentiel entre deux points ou tension. UAB = VA - VB UAB : proportionnel à l’énergie que peut acquérir une charge entre les points A et B du circuit.

4.3. Puissance électrique.

Puissance électrique :  

Puissance électrique :   On a donc : P = (VB-VA).i = UAB.i

Puissance : P = U.i En watt 1 watt = 1 V.A [P] = ML²T-3 Énergie électrique : dW = U.i.dt

5. Lois fondamentales pour les circuits électriques.

5.1. Circuits électriques.

5.1. Circuits électriques. Mise en œuvre technologique des phénomènes électriques : circuits électriques

5.1. Circuits électriques. Mise en œuvre technologique des phénomènes électriques : circuits électriques Mise en mouvement des charges par des générateurs pour utiliser leur énergie dans des composants. Pour la plupart des cas, mouvement des charges dans des fils conducteurs donc courants d’électrons.

5.2. Conventions.

Le sens du courant est celui du déplacement des charges positives.

Représentation de la tension Le sens du courant est celui du déplacement des charges positives. Représentation de la tension Grandeur orientée : UAB A B UAB = VA – VB = - UBA

5.3.Loi des mailles.

- Loi des mailles : découle du fait que la tension est une différence de potentiel.

5.4. Loi des nœuds. Loi des nœuds : exprime la conservation de la charge électrique.