Le courant continu et courant alternatif; La représentation vectorielle du courant alternatif; Les différentes impédances : résistance, inductance, condensateur; La Loi d’Ohm; L'association de résistances en série et en parallèle
Courant continu et courant alternatif
Le circuit le plus simple que l’on puisse représenter consiste en une source de tension U (pile, dynamo, …) et un récepteur passif R (lampe, résistance chauffante, … ).
Une charge électrique s’écoule à travers la section du conducteur. L’intensité de ce courant s’exprime en ampères.
La source de tension fournit l’énergie nécessaire au maintien du courant. Cette tension se mesure en volts.
Si la tension U fournie par la source est constante, un courant constant I s’écoule : c’est un circuit à courant continu.
Si la tension U fournie par la source varie suivant une loi sinusoïdale, un courant sinusoïdal (lui aussi) s’établit : c’est un circuit à courant alternatif. Alternatif, parce que le courant va traverser le récepteur alternativement dans un sens et puis dans l’autre.
La fréquence du réseau de la senelec est de 50 Hz, contre 60 Hz aux USA.
Représentation vectorielle du courant alternatif
La tension alternative s’exprime par la loi :
u(t) = Umax. sin ωt
avec, ω = 2 x π x fréquence = 2 x 3,14 x 50 = 314 [rad/sec]
Suivant le type de récepteur, le courant engendré peut être soit en phase (en synchronisme) avec la tension, soit déphasé en avance ou en retard par rapport à la tension. Autrement dit, lorsque la tension est maximum, le courant ne l’est pas forcément !
Dans l’exemple ci-dessus le courant est en retard sur la tension d’un angle phi de 60°. C’est l’effet de l’inductance présente dans le circuit.
Pour représenter simplement courant et tension en alternatif, il suffit de représenter son amplitude et sa phase, puisque la fréquence de 50 Hz est constante. C’est exactement l’information donnée par le diagramme vectoriel.
Les différentes impédances : résistance, inductance, condensateur
Résistance
Un filament de lampe, le fil chauffant d’un grille-pain ou d’un chauffage électrique d’appoint, … constituent des résistances R pures. Toute l’énergie fournie par la source s’y trouve entièrement convertie en chaleur. On parle de chauffage par Effet Joule.
Une résistance freine, s’oppose au passage du courant. L’importance de ce frein est mesurée en Ohms (Ω).
Dans ce type d’impédance, le courant engendré est toujours en phase avec la tension. De là, la représentation vectorielle reprise ci-dessous :
Inductance
Une bobine de fil conducteur constitue une inductance, encore appelée “self” ou “réactance inductive”. On la rencontre dans les moteurs (bobinages), dans les ballasts des tubes fluorescents, … Cette bobine réagit constamment aux variations du courant qui la traverse, suite à un phénomène magnétique. Si cette bobine ( considérée comme une self pure) est soumise à un courant continu, elle n’aura aucun effet sur celui-ci. Si par contre on veut lui faire passer du courant d’intensité variable (c’est le cas dans les circuits alternatifs), elle va réagir en opposant une résistance au passage du courant.
L’importance de ce frein est mesurée par la valeur de l’inductance L, exprimée en Henry.
Ce type d’impédance aura un deuxième effet sur le courant : une bobine retarde le courant par rapport à la tension. On dit qu’elle déphase le courant. Ainsi, une inductance pure verra son courant déphasé de 90° en retard sur la tension.
Voici la représentation vectorielle de cette propriété :
Condensateur
Un condensateur, encore appelé “capacité” ou “réactance capacitive”, est un réservoir de charges électriques. Si on le soumet à la tension d’un générateur, il va accumuler des charges. Ces charges seront restituées au réseau lorsque la tension d’alimentation diminuera. S’il s’agit d’une tension alternative, le condensateur se charge et se décharge au rythme de la fréquence alternative…
La valeur d’un condensateur C est exprimée en Farad.
Ce type d’impédance aura également un effet de déphasage du courant par rapport à la tension, mais cette fois le courant est déphasé en avance de 90° sur la tension.
Voici la représentation vectorielle de cette propriété :
Loi d’Ohm
La loi d’Ohm, loi de base de tout circuit électrique, est basée sur la logique :
Effet = Cause / Frein
L’effet (le courant) sera d’autant plus important que la cause est élevée (la tension) et que le frein est faible (la résistance).
De là, la relation appliquée aux circuits résistifs :
I = U / R 1 ampère = 1 volt/1 ohm
Et ses sœurs jumelles :
U = R x I 1 volt = 1 ohm x 1 ampère
R = U/I 1 ohm = 1 volt/1 ampère
Exemple : une tension de 220 volts qui alimente une résistance de 10 ohms génère un courant de 22 ampères.
Association de résistances en série et en parallèle
Les réseaux sont souvent composés d’association de récepteurs, dont les plus fréquents sont donnés ci-dessous :
Lorsque des résistances sont placées en série, leur résistance totale est donnée par la somme de toutes les résistances :
Rtot = R1 + R2 + R3
Lorsque des résistances sont placées en parallèle, leur résistance totale est donnée par la relation :
1 / Rtot = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
Exemple
Soit 4 lampes de 100 ohms et un générateur de 220 volts.
Montage en série
Chacune ayant une résistance de 100 ohms, elles vont engendrer une résistance totale de 400 ohms, si elles sont placées en série. Le courant qui va les traverser sera de :
I = U / R = 220 / 400 = 0,55 ampère.
Chacune d’entre-elles sera soumise à une tension de
U = I x R = 0,55 x 100 = 55 volts.
La puissance développée par chaque lampe sera de
P = U x I = 55 x 0,55 = 30,25 watts
Montage en parallèle
Ces mêmes lampes placées en parallèle engendreront une résistance globale de
Denis - March 05, 2023
Bonjour
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Diokine Mandika - August 13, 2020
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Wayegalo - August 13, 2020
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