Courant Électrique

Cette activité explique le phénomène de l’effet Joule, en précise les avantages et les inconvénients, et explique pourquoi la tension a une influence sur l’énergie dissipée par effet Joule.

Documents

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• Page Wikipedia sur les lignes à haute tension

Exploitation

1. Expliquer les inconvénients de l’effet Joule dans le transport de l’électricité.

Première approche de la production de l’électricité

1. Qu’est-ce que le courant électrique ?

2. Comment appelle-t-on le phénomène physique au cours duquel un courant électrique dans un conducteur est induit par le mouvement d’un aimant ?

De Oersted à Ampère

Regardez la vidéo ci-dessous (3 min) puis répondez aux questions (12 min).

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1. En quelle année Ampère a t-il inventé le terme de courant électrique ? [ ] 1820 [ ] 1900 [ ] 1950 [ ] 1700

On se propose d’étudier le fonctionnement d’un flash d’appareil photographique jetable. Pour obtenir un éclair de puissance lumineuse suffisante, on utilise un tube flash qui nécessite pour son amorçage, une forte tension (au moins $\pu{250 V}$) pour émettre un éclair très bref. Pour stocker l’énergie nécessaire au fonctionnement du tube flash, on utilise un condensateur de capacité $C$. Ce condensateur est chargé à l’aide d’un circuit électronique alimenté par une pile.

Le modélisme ferroviaire est une activité qui passionne petits et grands.
Ce loisir repose sur la reproduction la plus fidèle possible de l’activité ferroviaire à échelle réduite, le plus couramment à l’échelle 1/87.
L’alimentation des trains miniatures se fait traditionnellement par les rails en $\pu{12 V}$ continu.
Moteurs des locomotives, éclairages des matériels roulants ou fixes, signalisations, aiguillages…, autant d’éléments qui demandent à l’amateur une bonne connaissance de l’électricité et beaucoup d’ingéniosité.

Les technologies développées dans l’industrie microélectronique ont été transposées avec succès pour fabriquer des microsystèmes électromécaniques, c’est-à-dire des systèmes miniaturisés qui intègrent sur une même puce des parties mécaniques (capteurs d’accélération ou de pression, miroirs, micromoteurs) et des circuits électroniques associés. Un des premiers microsystèmes à avoir été développé est l’accéléromètre. Il est entre autres utilisé pour déclencher le gonflage des airbags des véhicules en cas de choc brutal. L’accéléromètre est constitué de deux pièces en forme de peignes complémentaires. L’une est fixe et constitue le cadre, l’autre est mobile à l’intérieur de ce cadre, suspendue par une lamelle flexible, sans contact entre les deux parties. L’ensemble constitue un condensateur. En cas de choc brutal du véhicule, la partie mobile se déplace par inertie dans le sens opposé au mouvement, comme le passager d’un bus qui est debout et se trouve projeté en avant quand le bus freine (voir figure 3). Ce changement de distance entre le peigne mobile et le cadre modifie la capacité du condensateur. Dès que le circuit intégré détecte ce changement de capacité, il commande le gonflage de l’airbag, avant même que le conducteur et les passagers du véhicule ne soient projetés en avant.

Promis à un grand avenir, les super condensateurs sont des dispositifs de stockage de l’énergie, intermédiaires entre les accumulateurs électrochimiques et les condensateurs traditionnels. Leurs applications, qui n’en sont qu’à leurs débuts, touchent de nombreux domaines tant dans l’électronique de grande diffusion que dans l’électronique de puissance, notamment en ouvrant des perspectives intéressantes dans le domaine des véhicules hybrides.

Charge d’un condensateur à courant constant

Une première méthode consiste à charger le condensateur à l’aide d’un générateur délivrant un courant d’intensité I constant, selon le montage suivant.

Les premiers condensateurs sont apparus vers 1745. Il s’agissait en fait d’une bouteille de Leyde : une fiole à moitié remplie d’eau dont l’ouverture était obturée par un bouchon de liège percé d’une tige métallique trempant dans l’eau.

La première application de ce condensateur était de donner des commotions (chocs électriques ou électrisations) au public dans les foires. Par exemple, à Versailles, on présenta au roi Louis XV l’expérience de la décharge d’une grosse bouteille de Leyde à travers le circuit formé de plus de deux cents courtisans.

L’électrocinétique est l’étude de la circulation des courants électriques dans des dispositifs reliés à une alimentation électrique : l’étude de l’installation électrique d’une maison ou d’un appartement est typiquement un problème d’électrocinétique. Dans le domaine de l’électrocinétique, les circuits sont en général composés d’éléments simples : un générateur, desrésistances*, desinductanceset descapacités. On peut également y trouver des transformateurs et d’autres machines électriques.L’essentiel consiste, finalement, à distribuer une certaine puissance électrique venant de l’alimentation aux différents éléments du circuit.

Courant électrique

• Dans un circuit solide, aucune charge positive ne peut se déplacer. Les électrons circulent donc dans le sens opposé au sens de circulation du courant électrique.
• Toute solution ionique est électriquement neutre : elle contient donc forcément des cations et des anions. Les cations circulent dans le même sens que le courant électrique alors que les anions circulent dans le sens opposé au sens de circulation du courant électrique.

Conductance d’une solution ionique

Résistance et conductance

Rappel

Lorsqu’on mesure la tension électrique $U$ aux bornes d’un conducteur ohmique et l’intensité $I$ du courant électrique le traversant, on constante que ces deux grandeurs sont proportionnelles : $U = R\cdot I$. $R$ le coefficient de proportionnalité est appelé la résistance électrique du conducteur ohmique. On peut aussi écrire cette relation sous la forme $I = G \cdot U$ où $G = 1/R$ est la conductance du conducteur ohmique (unité : $\pu{S}$, siemens).