Répartition énergétique dans un circuit

Présentation au sujet: "Répartition énergétique dans un circuit"— Transcription de la présentation:

1 Répartition énergétique dans un circuit

2 Le récepteur

3 Sa nature C’est un dipôle (deux pôles) qui reçoit de l’énergie de la part du reste du circuit

4 La tension UAB est positive quand les 2 flèches sont de sens opposés
Convention récepteur B A I ● ● UAB La tension UAB est positive quand les 2 flèches sont de sens opposés

5 Puissance reçue PAB = UAB x I W V A

6 Δt est la durée de fonctionnement en s
Énergie reçue Wr = UAB x I x Δt J V A s Δt est la durée de fonctionnement en s

7 Le récepteur le plus simple :
Le conducteur ohmique

8 Tout conducteur traversé par un courant électrique s’échauffe

9 C’est l’effet Joule

10 R est la seule grandeur caractéristique des conducteurs ohmiques
Rappel : Loi d’Ohm UAB = R I V Ω A R est la seule grandeur caractéristique des conducteurs ohmiques

11 Puissance reçue PAB = UAB x I Comme UAB = R I PAB = R I x I = R I2

12 Énergie reçue Wr = UAB x I x Δt Wr = R I2 Δt

13 À retenir

14 Toute l’énergie reçue par un conducteur ohmique est dissipée sous forme de chaleur

15 Cette fraction a pour expression
Conclusion : Tout élément électrique présentant une résistance interne perdra une partie de l’énergie reçue sous forme de chaleur Cette fraction a pour expression WJ = R I2 Δt

16 Sa caractéristique R UAB = f(I) Si I = 0 A, UAB = RI = 0 V
La pente de la courbe est R

17 Comment calculer une pente ?

18 Utiliser sa caractéristique
UAB UAB = f(I) (IB ; UAB) ● B R = ΔUAB / ΔI O ● (0 ; 0) I Je prends deux points éloignés sur la courbe et je détermine leurs coordonnées R = (UAB – 0) / (IB – 0) = UAB / IB

19 Autres exemples de récepteur
Moteur Électrolyseur

20 Les grandeurs caractéristiques
des récepteurs

21 Ils en ont 2 Leur f.c.é.m E’ (ou force contre-électromotrice) en V
Leur résistance interne r’ en Ω (Ohm)

22 Que représente la f.c.é.m ?

23 C’est la tension minimum qu’il faut appliquer au dipôle pour que :
Dans le cas du moteur - ce dernier se mette à tourner Dans le cas de l’électrolyseur - les réactions chimiques débutent

24 Que représente la résistance interne ?

25 Tout élément conducteur, de part sa structure, s’oppose + ou - au passage du courant
Cette opposition correspond à la résistance de l’élément. En conclusion, un moteur ou un électrolyseur possède une résistance interne r’

26 Cette expression est celle d‘une droite croissante
Son expression UAB = E’ + r’I V V ΩA Cette expression est celle d‘une droite croissante

27 Sa caractéristique r’ UAB = f(I) E’ Si I = 0 A, UAB = E’ + r’I = E’
La pente de la courbe est r’

28 Comment calculer une pente ?

29 Utiliser sa caractéristique
UAB UAB = f(I) B ● (IB ; UAB) A E’ ● r’ = ΔUAB / ΔI (0 ; E’) I Je prends deux points éloignés sur la courbe et je détermine leurs coordonnées r’ = (UAB – E’) / (IB – 0) = (UAB – E’) / IB

30 Utiliser sa caractéristique
Il faut donc savoir tracer la caractéristique d’un récepteur connaissant E’ et r’ Rappel : pour tracer une droite, il faut positionner deux points dont celui de coordonnées (0, E’) et un autre dont l’ordonnée est calculée, grâce à la relation UAB = E’ + r’I, pour une valeur de I choisie Ou savoir déterminer les grandeurs caractéristiques du récepteur E’ et r’ à partir de la courbe

31 PAB = UAB x I PAB = E’I + r’I2
Puissance reçue PAB = UAB x I UAB = E’ + r’I PAB = E’I + r’I2

32 Énergie reçue WR = UAB x I x Δt UAB = E’ + r’I WR = E’ I Δt + r’ I2 Δt

33 Chacun de ses termes a une signification
E’ I Δt : c’est l’énergie utile Dans le moteur : C’est l’énergie convertie en énergie mécanique Dans l’électrolyseur : C’est l’énergie convertie en énergie chimique Rq : dans les deux cas, ce n’est qu’une partie de l’énergie reçue

34 Chacun de ses termes a une signification
r’ I2 Δt Dans le moteur ou dans l’électrolyseur : C’est l’énergie perdue par effet joule Cela signifie que l’énergie reçue qui n’est pas utile est dissipée par effet Joule

35 Un cas particulier Le récepteur idéal

36 Dans un récepteur idéal, la tension à ses bornes est indépendante de l’intensité du courant
UAB = E’ UAB = f(I) UAB E’ Sa résistance interne r’ est nulle. I

37 Le générateur

38 Sa nature C’est un dipôle (deux pôles différents) qui fournit de l’énergie au reste du circuit

39 La tension UPN est positive quand les 2 flèches sont de même sens
Convention générateur N P I ● ● UPN La tension UPN est positive quand les 2 flèches sont de même sens

40 Les différentes notations du générateur
Générateur linéaire G ● ● ● ● P N P N ● ● P N Générateur idéal

41 Les grandeurs caractéristiques
des générateurs

42 Leur f.é.m E (ou force électromotrice) Leur résistance interne r
Ils en ont 2 Leur f.é.m E (ou force électromotrice) en V Leur résistance interne r en Ω (Ohm)

43 Que représente la f.é.m ?

44 C’est la tension aux bornes du générateur quand il n’est pas branché

45 Que représente la résistance interne ?
La même chose que pour un récepteur…

46 Cette expression est celle d‘une droite décroissante
Son expression UPN = E - rI V V ΩA Cette expression est celle d‘une droite décroissante

47 Sa caractéristique E - r UPN = f(I) Si I = 0 A, UPN = E - rI = E
La pente de la courbe est - r

48 Comment calculer une pente ?

49 Utiliser sa caractéristique
UPN UPN = f(I) A ● E (IB ; UPN) (0 ; E) ● B - r = ΔUPN / ΔI I Je prends deux points éloignés sur la courbe et je détermine leurs coordonnées - r = (UPN – E) / (IB – 0) = (UPN – E) / IB

50 Utiliser sa caractéristique
Il faut donc savoir tracer la caractéristique d’un générateur connaissant E et r Rappel : pour tracer une droite, il faut positionner deux points dont celui de coordonnées (0, E) et un autre dont l’ordonnée est calculée, grâce à la relation UPN = E – rI, pour une valeur de I choisie Ou savoir déterminer les grandeurs caractéristiques du récepteur E et r à partir de la courbe

51 Puissance fournie PPN = UPN x I UPN = E - rI PPN = EI - rI2

52 Énergie fournie Wf = UPN x I x Δt Wf = E I Δt - r I2 Δt

53 Chacun de ses termes a une signification
E I Δt Dans une pile chimique : C’est l’énergie chimique fournie par les réactions chimiques

54 Chacun de ses termes a une signification
r I2 Δt C’est l’énergie perdue par effet joule

55 Un cas particulier Le générateur idéal

56 Dans un générateur idéal, la tension fournie au circuit est indépendante de l’intensité du courant dans le circuit UPN = f(I) UPN = E UPN E Sa résistance interne r est nulle. I

57 Bilan énergétique dans un circuit électrique

58 Dans un circuit simple

59 Toute la tension délivrée par le générateur est reçue par le récepteur
Tensions P N ● G ● I UPN UAB ● ● A B Toute la tension délivrée par le générateur est reçue par le récepteur UPN = UAB

60 E – r I = E’ + r’I Intensité I UPN = UAB P N ● G ● UPN UAB ● ● A B
I est la même en tout point du circuit Si l’élément électrique est un moteur : E – r I = E’ + r’I

61 D’un point de vue énergétique

62 Côté générateur Wf = UPN x I x Δt
Wf = (E – rI) x I x Δt = E I Δt – rI2 Δt Réactions chimiques : Wch = E I Δt Énergie perdue par effet Joule: WJ = rI2 Δt Wf < Wch Énergie fournie au circuit : Wf = UPN x I x Δt

63 Côté récepteur Wr = UAB x I x Δt = Wf
Wr = (E’ + r’I) x I x Δt = E’I Δt + r’I2 Δt Énergie reçue (récepteur) : Wr = UAB x I x Δt Wf = Wr Énergie perdue par effet Joule: WJ = r’I2 Δt Wu < Wf Énergie utile : Wu = E’ I Δt

64 Récapitulons E I Δt rI2 Δt PERDUE ! Le générateur fournit au circuit :
Wf = UPN x I x Δt UABIΔt Wf = Wr PERDUE ! r’I2 Δt Le récepteur reçoit Wr = UAB x I x Δt E’I Δt L’énergie finalement utile : WU = E’ x I x Δt

65 Dans un circuit en série

66 I UPN = UAD = UAB + UBC + UCD
La tension délivrée par le générateur se partage entre les différents éléments du circuit. UPN P N ● G ● I UAB UBC UCD A B C D ● ● ● ● UAD UPN = UAD = UAB + UBC + UCD

67 Dans un circuit en dérivation

68 Les éléments en // comptent pour un
UPN = UAB = UCD = UEF Les éléments en // comptent pour un UPN P N ● G ● UAB = UCD = UEF I I A B ● ● C D ● ● E F ● ●

69 Dans un circuit associant série et dérivation

70 Les éléments en // comptent pour un
UPN = UAB + UCD = UAB + UEF Les éléments en // comptent pour un UPN P N ● I G ● UAB UCD I A B C D ● ● ● ● UEF E F ● ●

71 Répartition énergétique dans un circuit
C’est fini…