Généralités sur les récepteurs et les générateurs

I. Rappels sur les circuits électriques

Les principales notions à connaître ont été abordées en seconde dans la fiche suivante :

Signaux et circuits électriques complexes : les capteurs

II. Différence de potentiel (ou tension) et intensité du courant

1. Différence de potentiel (ou tension)

• Définition :

  La différence de potentiel (ou tension) s'exprime en volt(s) ($\text{V}$) en un point du circuit :

  $\boxed{U_{AB} = V_{A} - V_{B}}$

  ou

  $\boxed{U_{PN} = V_{P} - V_{N}}$

2. Intensité du courant

• Le courant électrique est le déplacement ordonné de porteurs de charges électriques :

  $\circ\quad$ Des électrons dans les fils électriques ;

  $\circ\quad$ Des ions dans les solutions électrolytiques (suite à la dissolution d'un solide ionique dans l'eau).

• Rappel : chaque électron porte une charge élémentaire $\boxed{q = - e = - 1,6.10^{-19} \, \text{C}}$, $e$ étant la valeur absolue de la charge élémentaire.

• Par convention, dans un circuit électrique, le courant sort de la borne "$+$" (ou "$P$") du générateur et entre par la borne "$-$" (ou "$N$"), tandis que les électrons circulent en sens inverse.

• Définition :

  L'intensité du courant $I$ qui circule dans un dipôle est égale à la valeur absolue de la charge électrique qui traverse, pendant une durée $\Delta t$, une section de ce dipôle :

  $\boxed{I = \dfrac{|Q|}{\Delta t} = \dfrac{N \times e}{\Delta t}}$

  $\circ\quad$ $I$ est en ampère(s) ($\text{A}$) ;

  $\circ\quad$ $|Q| = N \times e$ est en coulombs ($\text{C}$), $N$ étant le nombre de porteurs de charges traversant cette section ;

  $\circ\quad$ $\Delta t$ est en secondes ($\text{s}$).

III. Puissance et énergie électrique

1. Puissance électrique

• Définition :

  La puissance électrique $P_e$ fournie par un dipôle est donnée par :

  $\circ\quad$ $\boxed{P_e = U_{AB} \times I}$ pour un récepteur ;

  $\circ\quad$ $\boxed{P_e = U_{PN} \times I}$ pour un générateur.

2. Énergie électrique

• Définition :

  L'énergie électrique $W_e$ fournie par un dipôle (récepteur ou générateur) pendant une durée $\Delta t$ est :

  $\boxed{W_e = P_e \times \Delta t}$

  $\circ\quad$ $W_e$ est en joules ($\text{J}$)

  $\circ\quad$ $P_e$ est en watts ($\text{W}$)

  $\circ\quad$ $\Delta t$ est en secondes ($\text{s}$).

IV. Bilan énergétique

1. Bilan d'énergie d'un dipôle

Un bilan d'énergie (ou de puissance) peut se schématiser de la façon suivante :

2. Principe de la conservation de l'énergie ou de la puissance

• Le schéma-bilan sur l'énergie ou la puissance d'un dipôle montre que le principe énoncé par Lavoisier est respecté : "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".

• En effet, même si le père de la chimie moderne énonçait cette phrase pour une transformation chimique, celle-ci reste valable pour une étude énergétique d'un dipôle.

• Propriété :

• On peut définir un récepteur comme étant un convertisseur d'énergie qui consomme de l'énergie électrique $W_e$ et la transforme en une ou plusieurs autres formes d'énergie (chimique, mécanique, thermique, etc.).

• Le principe de conservation de l'énergie s'écrit :

  $\boxed{\sum W_{\text{reçues}} = \sum W_{\text{cédées}}}$

• En version puissance, le principe de conservation reste identique :

  $\boxed{\sum P_{\text{reçues}} = \sum P_{\text{cédées}}}$

V. Étude de quelques récepteurs

• Cette partie n'a pas vocation à être complète.

• Elle rappelle les principales notions à connaître, abordées la fiche suivante :

Les récepteurs

1. Le dipôle ohmique (ou résistor)

• Connaître le symbole d'un dipôle ohmique (ou résistor) et l'unité de la résistance (= grandeur physique).

• Connaître la loi d'Ohm et sa caractéristique $U = f(I)$ ;

• Le dipôle est dit passif : sa caractéristique est une droite passant par l'origine.

• Bilan énergétique :

2. L'électrolyseur

• Le symbole de l'électrolyseur est :

• Connaître la loi d'Ohm généralisée :

  $\boxed{U = E' + r' \cdot I}$

  $\circ\quad$ $r'$ en ohms ($\Omega$)

  $\circ\quad$ $E'$ force contre-électromotrice en volts ($\text{V}$)

  $\circ\quad$ $I$ intensité du courant en ampères ($\text{A}$).

• Connaître la caractéristique $U = f(I)$ d'un électrolyseur.

• L'électrolyseur est un dipôle actif : sa caractéristique est une droite ne passant pas par l'origine.

• Bilan énergétique :

3. Le moteur électrique

• Le symbole du moteur est :

• Loi d'Ohm généralisée et la caractéristique $U = f(I)$ sont les mêmes que celles de l'électrolyseur.

• $\textcolor{red}{\text{ATTENTION}}$ :

  $\circ\quad$ L'électrolyseur fournit une puissance chimique ($E' \cdot I$), une puissance thermique est dissipée par effet Joule ($r' \cdot I^2$).

  $\circ\quad$ Le moteur fournit une puissance mécanique ($E' \cdot I$), une puissance thermique dissipée par effet Joule ($r' \cdot I^2$).

• Bilan énergétique :

VI. Étude du générateur

Les notions à connaître seront abordées dans la fiche suivante :

Les générateurs

_{= Merci à gbm pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =}