L’électricité (FOUCHER)

Ch1 : Le circuit électrique, les générateurs et les récepteurs

1/ A l’ origine de l’électricité : les charges électriques

Dans la matière, il existe deux types de charges électriques, les charges positives et les charges négatives. Toutes deux sont liées à des porteurs de charges matériels :

-      Les protons sont des porteurs de charge positive qui se trouvent dans le noyau des atomes

-      Les électrons sont des porteurs de charge négative qui se trouvent dans le nuage électronique entourant le noyau des atomes.

Les ions sont des particules chargées. Ils sont formés à partir d’atomes ou de molécules dans lesquels les électrons sont excédentaires ou déficitaires. On les trouve dans les solutions comme l’eau salée.

2/ Mettre les charges en mouvement : le générateur

·         Définition

Un générateur est un appareil qui fournit aux charges électriques négatives l’énergie nécessaire pour les mettre en mouvement. Il est généralement constitué de deux bornes.

Les bornes d’un générateur ne possèdent pas la même charge globale. On dit que les bornes ne sont pas au même potentiel : la borne A est au potentiel Va, la borne B est au potentiel Vb. Cette différence de potentiel entre les deux bornes est aussi appelée tension U entre les bornes du générateur. Cette tension est à l’origine de la mise en mouvement des électrons dans le circuit électrique. Elle se mesure en Volt (v).

3/Utiliser l’énergie électrique : le récepteur

·         Qu’est ce qu’un récepteur ?

Un récepteur est un élément de circuit qui transforme l’énergie électrique fournie par le générateur en énergie lumineuse, thermique, mécanique, en fonction du besoin recherché.

4/ Le circuit électrique

·         Définition

Un circuit électrique est constitué d’un ensemble d’éléments conducteurs, dont un générateur, reliés entre eux par des fils conducteurs.

La tension entre les bornes d’un générateur peut être à l’origine de la mise en mouvement des électrons qui se trouvent dans chaque élément du circuit. On définit le courant électrique comme un mouvement d’ensemble d’électrons dans un circuit.

Le circuit électrique est un lieu de circulation du courant électrique. Le point de départ et le point d’arrivée du courant sont confondus au sein du générateur.

Certains matériaux sont conducteurs. Dans d’autres matériaux, les électrons ne peuvent pas être mis en mouvement de façon globale. On appelle ces matériaux des isolants, ils s’opposent au passage du courant.

·         Circulation du courant dans un circuit alimenté par un générateur de tension continue

o    Le sens du courant dans un circuit

Dans le cas d’un circuit électrique alimenté par une pile, le mouvement d’ensemble des électrons s’effectue de la borne – à la borne +. En effet, les électrons sont porteurs de charge négative, ils se déplacent vers la borne positive. A partir du moment où un circuit est alimenté, la mise en mouvement de l’ensemble des électrons est simultanée et quasi instantanée. Par convention, on admet que le courant électrique circule de la borne + vers la borne – de la pile, c'est-à-dire dans le sens inverse du sens de déplacement des électrons. On parle de sens conventionnel du courant.

o   Mesure de l’intensité du courant

Il est possible d’évaluer la quantité d’électricité qui circule dans un circuit électrique. On utilise pour cela une grandeur appelé intensité « I » du courant. Elle rend compte du nombre d’électrons qui passe en une seconde à un endroit précis du circuit. L’intensité est mesurée en Ampère (A).

o   Schématiser un circuit électrique

Il est nécessaire que la représentation iconographique d’un circuit soit compréhensible par tous et ne soit pas ambigüe. Pour éviter tout problème d’interprétation lié à une représentation trop « personnelle », un système de schéma normalisé a été mis en place. Il intègre un ensemble de symboles qu’il convient de connaître.

·         Différents types de circuits électriques

·         

o   Circuit comprenant deux lampes en série

Lorsque deux lampes sont montées en série dans un circuit, elles sont solidaires l’une de l’autre. Autrement dit, si l’une s’éteint, l’autre ne s’allume plus non plus. Le mouvement d’ensemble des électrons n’est plus possible car le circuit est ouvert : le courant ne circule plus.

o   Circuit comprenant deux lampes en dérivation

Cette fois, les deux lampes sont indépendantes l’une de l’autre. Elles font partie de deux circuits alimentés par le même générateur. Si l’une d’elle ne fonctionne plus, l’autre reste allumée car le circuit auquel elle appartient reste fermé.

o   Circuit comprenant trois lampes en montage mixte

Cette fois, on combine montage en série et en dérivation. Si la lampe 1 « claque », 2 « claque aussi » car 1 et 2 sont en série mais 3 reste allumée car le circuit auquel elle appartient reste fermé.

5/ Puissance et énergie

L’énergie fournie par un générateur est transformée en énergie lumineuse, thermique, mécanique, etc. 

L’énergie E consommée par un dipôle dépend de la puissance P  (en watt) du dipôle et du temps d’utilisation t (en seconde). On a E : P*t.

Lorsque l’énergie  fournie est transformée en énergie thermique on parle d’effet Joule.

Ch2 : La sécurité des personnes et des installations

1/ Le courant dans les prises de secteur

Dans les habitations, l’électricité est directement utilisable à partir des prises du secteur. Celles-ci maintiennent entre leurs bornes une tension égale à 230 V (tension du secteur) et sont alimentées par un compteur où arrive le courant produit par la centrale. La tension du secteur est une tension alternative : le courant change de sens  fois par seconde.

Une prise est constituée de deux bornes femelles et d’une borne mâle.

2/ L’installation électrique domestique

·         Le compteur

·         Le disjoncteur différentiel

·         Les fusibles

3/ Les dangers de l’électricité

·         Le court circuit

Un court circuit se produit lorsqu’il y a circulation directe de courant d’une borne à l’autre d’un dipôle.

Le court circuit d’une prise de courant entraîne la surchauffe du conducteur qui relie les deux bornes et peur provoquer un incendie.

·         La surcharge

En branchant plusieurs appareils sur une même prise ou le long d’une même ligne, on augmente l’intensité du courant qui circule dans cette ligne. Si cette intensité est trop importante, on parle de surcharge.  Celle-ci s’accompagne d’une surchauffe des conducteurs qui peut aller, là encore, jusqu’à l’incendie.

• L’électrisation

Ce phénomène désigne les différentes manifestations physiopathologiques dues au passage du courant électrique à travers le corps humain. Le terme « électrocution » désigne la mort consécutive à l’électrisation.

4/ La protection des biens et des personnes

-      Les gaines isolantes : protection des personnes

-      Les caches prise : protection des personnes

-      Le disjoncteur : protection des biens

-      Les fusibles : protection des biens

-      Disjoncteur différentiel et prises de terre : protection des personnes

5/ Attitude à adopter face aux dangers de l’électricité

-      Ne pas toucher le fil de phase

-      Ne pas utiliser d’appareil électrique dans une pièce humide

-      Ne pas abuser des prises multiples

-      Ne pas mettre de fusibles d’intensité trop importante

-      Brancher les appareils à carcasse métallique à la terre