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Courant électrique

Préparer, en petit groupe, un exposé sur l’électricité utilisée pour l'éclairage des villes en 19ème siècle?


Blue-circle-target.png https://www.youtube.com/watch?v=fw6esE2aUoQ

En se basant sur la figure.1, expliquer à ton ami quelle source d'alimentation (continu ou alternative) utilise-t-on pour allumer une lampe?


Image:Prise_murale_JF_16.png

Image:Lampe_JF_16.png


Blue-circle-target.png . 

- La tension de prise murale est caractérisée par une tension égale à 220V et une fréquence égale à 50Hz. Elle possède, donc, une période ayant une alternance positive et une alternance négative.C'est une tension alternative.

  • Symbole tension alternative sinusoïdale 

- La tension de batterie est caractérisée par une tension égale à 19V et une capacité la capacité de 9AH qui représente la quantité d'électricité qui peut être délivrée pendant une heure à un courant de 9 ampères. C'est une tension continu.

  • Symbole tension continu 

- La lampe électrique est caractérisée par 220V la tension qui peut la supportée sous une fréquence de 50Hz. Elle consomme une puissance de 70W.

- La tension de la batterie est inférieure à celle de lampe, elle ne va pas s'allumer convenablement on dit qu'elle est sous alimentée.

- La tension de la prise murale est égale à la tension qui peut supportée la lampe, elle ne va pas être grillée elles sont aussi de même fréquence.

- Un récepteur électrique doit être alimenter par une tension ayant les même caractéristiques et même nature, donc la lampe ne peut être alimenter que par la tension de la prise


Qu'est ce qu'un courant électrique ?


Blue-circle-target.png Un courant électrique est un mouvement d'ensemble de porteurs de charges électriques, généralement l'électron , au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l'action de la force électromagnétique, dont l'interaction avec la matière est le fondement de l'électricité.

Le courant électrique se crée , donc, par le déplacement d’électrons libres dans un corps conducteur. En fonction de la direction que prennent ces électrons, on parle de courant continu ou de courant alternatif.

https://www.youtube.com/watch?v=14DTVr9rbIk

Quelles sont les différents types de courant électrique ?


Blue-circle-target.pngLe courant électrique est produit par le déplacement d’électrons dans un milieu conducteur sous l’impulsion d’une tension électrique.En fonction de la direction que prennent ces électrons, on parle de: 

            - Courant continu;
            - Courant alternatif.
Qui a découvert le courant continu ?


Blue-circle-target.pngEn 1882, Tomas Edison (figure1), a inventé et mis en œuvre la première centrale à charbon destinée à la production du courant électrique continu (DC). Ce courant, bien qu’il ait été utilisé dans l’éclairage des cités entières dans certaines villes Américaines, il a été : 

            -  distribué à des courtes distances ;
            -  produit, transporté et consommé avec le même voltage.
Qui a découvert le courant alternatif ?


Blue-circle-target.pngEIngénieur en électromécanique, le serbe Nikola Tesla (figure 1) a travaillé avec Tomas Edison. Il lui a proposé l’idée de produire une autre forme du courant électrique qui comble les inconvénients du courant continu.

En 1885, Nicola Tesla, s’est séparé de Tomas Edison et s’est mis au service de George Westinghouse, ingénieur entrepreneur Américain. Ils ont adopté le courant alternatif (AC) pour le transport à des longues distances et la distribution de l’électricité.

Quelle est la différence entre courant continu et courant alternatif ?


Blue-circle-target.png le courant continu circule dans un seul sens, du pôle positif vers le négatif (ou d’une borne négative vers la positive). Ce type de courant est produit par l’activité chimique d’un générateur, comme une pile ou une batterie. Il peut aussi être produit par un effet photoélectrique qui est généré par des panneaux photovoltaïques.


Blue-circle-target.pngLe courant alternatif circule dans les deux sens du circuit. Concrètement, cela veut dire que les électrons suivent un mouvement de va-et-vient sur une distance de l’ordre du millième de millimètre. Ils oscillent, c’est pourquoi on dit que le courant alternatif est sinusoïdal.

Comment mesurer un courant électrique ?


Blue-circle-target.pngPour mesurer l'intensité du courant on utilise un ampèremètre ou un multimètre en mode ampèremètre. L'ampèremètre est toujours branché en série avec le récepteur du circuit électrique.

Utilisation: 

 - Choisir le type AC ou DC selon la nature du courant électrique à mesurer ;
 - Placer le commutateur sur son calibre maximal ;
 - Brancher l'ampèremètre en série avec le dipôle à étudier en utilisant des cordons électriques sécurisés ;
 - Mettre sous tension le montage où l'ampèremètre est branché ;
 - Manipuler le calibre afin que l’aiguille se positionne dans la partie droite de l’écran ;
 - Relever les valeurs et calculer la tension électrique mesurée par l’expression : 
                        U= (CxL)/E
            avec: 
                 - U: Tension électrique en (V);
                 - C: Calibre;
                 - L: Lecture;
                 - E: Echelle.

https://www.youtube.com/watch?v=5XzxIbNc6Ms

Quelle est relation entre tension et courant électrique ?


Blue-circle-target.png La tension électrique ( U ) et le courant électrique ( I ) sont des termes très différents et sont mieux connus par la tension et le courant.

La loi d'Ohm en référence au physicien allemand Georg Ohm (1789-1854) définie une relation entre Tension, Courant et Résistance. Elle s'écrit: 

                            U = R × I 
            avec:
                  - U : tension aux bornes de la résistance, en volt ( V );
                  - I : intensité qui traverse la résistance, en ampère ( A );
                  - R : résistance, en Ohm ( Ω ).

Tension électrique

Qu'est ce qu'une tension électrique ?


Blue-circle-target.pngLa tension électrique ( notée U ) est une grandeur qui représente la circulation du champ électrique le long d'un circuit. Elle mesure la quantité d’énergie qui peut être transférée vers ou depuis un circuit électrique. Contrôlement aux autres unités de mesure de l’électricité, l’unité « volt » doit son nom à Alessandro Volta. La définition de la tension électrique a aussi une autre appellation. Elle peut être aussi appeler une différence de potentiel. Le terme « tension électrique » a été inventé par Benjamin Thompson en 1852.

Quelles sont les différents types de tension électrique ?


Blue-circle-target.png 

             - continu;
             - alternatif.
Comment se produit une tension électrique alternative ?


Blue-circle-target.pngLa production d’électricité est assurée par les centrales nucléaires, ainsi que par les énergies fossiles ( carbone, gaz, fioul ) et, de plus en plus, par les énergies renouvelables ( solaire, éolien, bioénergies ).

La production industrielle de la tension éléctrique est assurée par des alterneurs. Un alternateur est constitué d'un stator fixe entourant un rotor mobile autour d'une hache. Les alternateurs des centrales électriques fonctionnent sur le même principe. Le rotor, constitué d'électroaimants, tourne dans la stator, constitué de bobines montées en série. La vitesse de rotation du rotor est adaptée pour obtenir une tension alternative de fréquence 50Hz.

Que signifie les notions phase et neutre ?


Blue-circle-target.png La phase et le neutre sont les deux conducteurs principaux qui assurent le bon fonctionnement du circuit électrique. La phase est le conducteur qui permet d’apporter le courant nécessaire pour alimenter les appareils électriques. Mais, il faut faire attention car il s’agit d’un fil grave qui présente plus de danger que les autres. Pour ceci, il est important de savoir comment différencier entre la phase et le neutre pour éviter tous risques.

Les fils électriques se distinguent l’un des autres par leurs couleurs. Généralement, chaque habitation est équipée de 3 conducteurs électriques. En fait, chaque fil répond à un code de couleur bien précis : Le rouge ou autre couleur sombre ( noir, marron, etc...) est la couleur de fil de phase ; Le bleu est la couleur de fil du neutre ; Le jaune et le vert sont les couleurs de fil de terre.

Comment mesurer une tension électrique ?


Blue-circle-target.pngPour mesurer la tension on utilise un ampèremètre ou un multimètre en mode voltmètre. Le voltmètre est toujours branché en parallèle avec deux points A et B d'un circuit électrique.

Utilisation: 

 - Choisir le type AC ou DC selon la nature de la tension électrique à mesurer ;
 - Placer le commutateur sur son calibre maximal ;
 - Brancher le voltmètre en parallèle avec le dipôle à étudier en utilisant des cordons électriques sécurisés ;
 - Mettre sous tension le montage où le voltmètre est branché ;
 - Manipuler le calibre afin que l’aiguille se positionne dans la partie droite de l’écran ;
 - Relever les valeurs et calculer la tension électrique mesurée par l’expression : 
                        U= (CxL)/E
            avec: 
                 - U: Tension électrique en (V);
                 - C: Calibre;
                 - L: Lecture;
                 - E: Echelle.

https://www.youtube.com/watch?v=dIyHpEsdv4k

Quelles sont les différents types de réseaux de tension électrique ?


Blue-circle-target.png 

                 - monophsé
                 - triphsé

Courant alternatif

Qu'est ce qu'un courant alternatif ?


Blue-circle-target.png Un courant est dit alternatif lorsqu'il circule alternativement dans une direction puis dans l'autre à intervalles réguliers appelés cycles ou période. Il est produit par la rotation d'un alternateur. https://www.youtube.com/watch?v=14DTVr9rbIk

A quoi sert un courant alternatif ?


Blue-circle-target.png Le courant alternatif est généralement celui que l'on utilise dans les foyers pour l'éclairage, le chauffage, la cuisine, etc

Pourquoi le courant alternatif varie en fonction du temps ?


Blue-circle-target.png La tension alternative varie en fonction du temps suivant une courbe appelée sinusoïde. Cette allure est due au principe de fonctionnement de l'alternateur qui crée une alternance positive suivie d'une alternance négative durant un tour de l'alternateur. La tension alternative sinusoïdale donne naissance à un courant électrique de même nature appelé courant alternatif sinusoïdal.

Quel est l'avantage du courant alternatif ?


Blue-circle-target.png Mettre la réponse .................... ........................................

Tension alternative

Qu'est ce qu'une tension alternative ?


Blue-circle-target.png La tension est désignée par la lettre (u minuscule ou majuscule U selon la signification). Son unité est V (Volts). L’origine de cette unité est l’inventeur de la pile électrique, le physicien chimiste Alessandro Volta.

https://www.britannica.com/biography/Alessandro-Volta

A quoi sert une tension alternative ?


Blue-circle-target.png La tension alternative monophasée est généralement celle qui l'on utilise dans les foyers pour l'éclairage, le chauffage, la cuisine, etc

Pourquoi la tension alternative varie en fonction du temps ?


Blue-circle-target.png La tension alternative varie en fonction du temps suivant une courbe appelée sinusoïde. Cette allure est due au principe de fonctionnement de l'alternateur qui crée une alternance positive suivie d'une alternance négative durant un tour de l'alternateur. La tension alternative sinusoïdale donne naissance à un courant électrique de même nature appelé courant alternatif sinusoïdal.

Quel est l'avantage de la tension alternative ?


Blue-circle-target.pngL'utilisation de la tension alternative présente les avantages suivants: 

              - Il est possible d'augmenter ou de diminuer la tension ou la tension au moyen de transformateurs.
              - Il facilite le transport de l' électricité électrique avec peu de perte d'énergie.
              - Il peut être facilement converti en tension continu.
              - En augmentant sa fréquence électroniquement, la voix, l'image, le son et les commandes de contrôle peuvent être transmises sur de longues distances, sans fil.
              - Les moteurs électriques et générateurs de ce type de tension sont plus simples et plus faciles à entretenir.
Quelles sont les différents type de tension alternative ?


Blue-circle-target.png Le courant alternatif circule dans les fils conducteurs suivant deux modes d'alimentation : le courant monophasé et le courant triphasé. Ces deux courants alternatifs dépendent de type de tension définis par le principe de phase et neutre (tension monophasé: réseau monophasé)) et par le principe de trois phases et neutre (tension triphasé: réseau triphasé), contrairement au courant continu qui est déterminé par la borne positives et la borne négative.

Quelle est la différence entre la tension continue et tension alternative ?


Blue-circle-target.png La source d'une tension continu est caractérisée par une borne positive noté " + " et une borne négative noté " - ". La valeur de la tension continu est constante en fonction du temps. Alors que la source d'une tension alternative n'est pas polarisée, elle est caractérisée par une phase et un neutre. Elle varie en fonction du temps et elle possède une alternance positive et une alternance négative pendant une période du temps T

Comment la différence de potentielle donne naissance à un courant ?


Blue-circle-target.png

Les caractéristiques d'une tension alternative monophasée

Quelle sont les caractéristiques d'une tension alternative ? 
La tension disponible entre les bornes d'une prise électrique est appelée «tension du secteur». La STEG nous fournit une tension alternative sinusoïdale 220V~ 50Hz  caractérisée par :

            - sa forme sinusoïdale ~  liée à la fonction trigonométrique sinus ;
            - sa valeur efficace 220V;
            - sa fréquence 50Hz ;
            - sa périodicité (la répétition) ;
Que signifie expression instantanée d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png Ayant une allure sinusoïdale, l’expression instantanée de la tension électrique est : 

                         u(t) = UMax.sin(ω.t+φ)  
            Avec :
                  - u(t) : valeur instantanée en (V) ;
                  - UMax : Valeur maximale en (V) ;
                  - t : le temps en secondes (s) ;
                  - ω : la pulsation en radians/seconde (rad/s).
                  - φ: la phase à l’origine ;
Qu'appele-t-on une période d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png On appelle période, l’intervalle du temps, en secondes, pendant lequel, un signal se reproduit identiquement à lui-même. Une période est désignée par (T). Son unité est secondes (s). La période est l'inverse de la fréquence. Son expression est: 

                          T= 1/f
           avec:
                 - f: fréquence en Hertz (Hz)et exprimée en secondes (s);
                 - T: période en secondes (s)
Qu'est ce qu'un fréquence de la tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.pngLa fréquence est désignée par (f). Son unité est Hz, (se lit Hertz). La fréquence est le nombre de périodes par seconde. Son expression est : 

                          f= 1/T
           avec:
                  - T: période en secondes (s)
                  - f: fréquence en Hertz (Hz)

Cette unité (Hz) est liée au nom de l’ingénieur physicien « Heinrich Rudolf Hertz » en hommage pour sa découverte des ondes hertziennes. 

                         Image:Heinrich Rudolf Hertz.png|Heinrich Rudolf Hertz JF1
  • Heinrich Rudolf Hertz 1.jpg

    Heinrich Rudolf Hertz JF1

La fréquence correspond au nombre de fois qu’un phénomène se reproduit dans le temps. Généralement, le transport de l'électricité s'effectue en tension alternative de 50 hertz ( Hz ). Comme la consommation et la production d'électricité changent en permanence, la fréquence varie continuellement. En Amérique du Nord, par exemple, la fréquence est de 60 hertz.

Qu'est ce qu'une pulsation d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png La pulsation angulaire est désignée par (ω). Son unité est rad/s, (se lit : radians par seconde). Elle représente la vitesse angulaire du courant ou de la tension électriques. Elle est liée à :

- la période T par la relation: 

                                   ω = 2π/T 
                avec: 
                     - ω : pulsation en radion per secondes (rad/s)
                     - T : période en secondes (s)

- la fréquence f par la relation : 

                                   ω = 2πf 
                 avec: 
                     - ω : pulsation en radion per secondes (rad/s)
                     - f : fréquence en Hertz (Hz)
Qu'est ce que la valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.pngLa tension efficace est désignée par U. Son unité est V (Volts). La valeur efficace d'une tension variable au cours du temps correspond à la valeur d'une tension continue qui produit un échauffement identique dans une même résistance pendant le même intervalle du temps. La tension efficace est liée à la tension maximale par la relation suivante : 

                               Ueff = Umax / √ 2  
                 avec: 
                      - Ueff : valeur efficace en volt (V) 
                      - Umax : valeur maximale en volt (V)
Comment mesurer la valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.pngLa valeur efficace d’une tension électrique alternative est mesurée à l’aide des appareils de mesures (figure) : 

                            - voltmètre analogique ;
                            - multimètre analogique ;
                            - multimètre numérique.
Comment déterminer la valeur maximale d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png La valeur maximale d'une tension alternative est la valeur maximale mesurée par un oscilloscope. Elle a pour unité le volt ( V ) et pour symbole Umax. La valeur maximale d'une tension alternative sinusoïdale est 311.127 V.

Comment déterminer la valeur maximale d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png La valeur maximale d'une tension alternative est la valeur maximale mesurée par un oscilloscope. Elle a pour unité le volt ( V ) et pour symbole Umax. 

                                Umax = √ 2 x Ueff 
                   avec: 
                       - Umax : valeur maximale en volt (V) 
                       - Ueff : valeur efficace en volt (V)

La valeur maximale d'une tension alternative sinusoïdale est Umax = √ 2 x Ueff = √ 2 x 220 = 311.127 V.

Quelle est la relation entre valeur maximale et valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png Mettre la réponse .................... ........................................

Comment mesurer la valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png Mettre la réponse .................... ........................................

Par quel appareil peut-on mesurer la valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png Mettre la réponse .................... ........................................

Quelle est la relation entre valeur maximale et valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale ?


Blue-circle-target.png Lien entre valeur efficace et valeur maximale Les valeurs efficace et maximale d'une tension alternative sinusoïdale sont liées par la relation : Umax = √ 2 x Ueff

Comment mesure-t-on un courant alternatif ?


Blue-circle-target.png


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ABROUGUI, M & al, 2023. Courant alternatif: Questions / Réponses. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Courant_alternatif:_Questions_/_R%C3%A9ponses>, consulté le 22, novembre, 2024



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