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1 re

STI - Génie électronique

et Génie électrotechnique

Physique appliquée

LIVRE DU PROFESSEUR

Édition : Patrick Gonidou

Coordination artistique : Évelyn Audureau

Fabrication : Jean-Marie Jous

Composition : JPM

ISBN : 2-09-178756-6

3 © Nathan / HER. La photocopie non autorisée est un délit

Sommaire

pages

1.L'intensité et la tension électrique ............................................................................ 4

2.Les dipôles passifs linéaires ..................................................................................... 11

3.Les dipôles actifs linéaires ........................................................................................ 23

4.Les modèles équivalents de Thévenin et de Norton d'un circuit linéaire actif .......... 30

5.Le théorème de superposition ................................................................................. 46

6.Puissance et énergie électrique en continu ............................................................... 56

7.Le condensateur ...................................................................................................... 61

8.Le champ magnétique ............................................................................................. 65

9.Les actions magnétiques .......................................................................................... 71

10.L'induction électromagnétique ............................................................................... 77

11.L'auto-induction ..................................................................................................... 82

12.Le ferromagnétisme ............................................................................................... 87

13.Les régimes transitoires ......................................................................................... 91

14.Les grandeurs périodiques ..................................................................................... 98

15.Les grandeurs sinusoïdales .................................................................................... 109

16.Les dipôles linéaires en régime sinusoïdal ............................................................. 118

17.Étude des circuits linéaires en régime sinusoïdal ................................................... 125

18.Les puissances en régime sinusoïdal ...................................................................... 138

19.Le système de tensions triphasé équilibré .............................................................. 143

20.Le redressement ..................................................................................................... 150

21.Le transistor bipolaire ............................................................................................ 156

22.L'amplificateur opérationnel ................................................................................... 163

L"intensité

et la tension électriques © Nathan / HER. La photocopie non autorisée est un délit E Correction de "Testez vos connaissances» page 10

1) Il possède beaucoup d'électrons libres.

2) Des électrons libres.

3) L'ampère.

4) Le potentiel électrique du point B est inférieur à celui du point A.

5) D'un point de potentiel plus élevé vers un point de potentiel moins élevé.

6) Égal à celui des branches se coupant en ce noeud.

Correction des applications page 11

Calcul de la valeur de l"intensité d"un courant traversant un conducteur

1) La quantité d'électricité ΔQayant traversé la section droite du conducteur en une seconde

est égale au nombre d'électrons libres ayant traversé cette section droite en une seconde, multiplié par la charge d'un électron.

2) Par définition, l'intensité Idu courant traversant le conducteur vaut :

Sens conventionnel de l"intensité d"un courant électrique

1) La borne "+» de la pile attire les électrons du circuit car des charges de signes contraires

s'attirent.

2) La borne "-» de la pile repousse les électrons du circuit car des charges de même signe

se repoussent.

3) Le sens de parcours des électrons dans le circuit est celui entrant par la borne "+» (qui

les attire) et sortant par la borne "-» (qui les repousse).

4) Le sens conventionnel de l'intensité Idans un circuit électrique est l'opposé du sens de

parcours des électrons libres dans ce circuit. Iest de signe positif. 2

I=ΔQ

t=1,6

1= 86ô A

ΔQ= 10

×1,6 ×10

- 19 = 1,6 C 1 5 © Nathan / HER. La photocopie non autorisée est un délit

Sens conventionnel de l'intensité I:

Figure 1

Application de la loi des nuds

1) La loi des noeuds en A s'écrit :

2) I 1 = - I 2 - I 3 = - (- 2) - (- 0,5) = 2 + 0,5 ?

Détermination de tensions

Figure 3

2) : c'est la tension aux bornes du générateur de tension parfait.

3) La tension entre deux points quelconques d'un fil de liaison est nulle; d'où :

4) La loi des mailles donne : U

AD + U BA - U BC + U DC = 0 V.

Or : U

BA = U DC = 0 V, d'où : U AD - U BC = 0 V.

Soit :

U BC = U AD = 9 V U BA = U DC = 0 V U AD = 9 V

Générateur de tension

parfait de 9 VAB DC U DC U AB U BC U AD 4 I 1 = 2,5 A I 1 + I 2 + I 3 = 0 A 3 EI Pile

9 VLampee

Choix des mailles

1)Représentation des tensions U

AD , U AB et U BC

Figure 4

3) Non, car elle est nulle.

4) La loi des mailles dans la maille A, B, C, D, A s'écrit :

5) La loi des mailles dans la maille A, D, C, B, A s'écrit :

6) Les deux relations obtenues sont identiques.

7) On peut choisir arbitrairement le sens de parcours de la maille.

Application de la loi des mailles

1)Représentation des tensions U

AB , U BC et U AC

Figure 7

2) La loi des mailles, dans la maille A, B, C, A s'écrit :- U

AB - U BC + U AC = 0 V AB D D 3 D 2 D 1 C U AB U BCU AC 6 - U AD + U BC + U AB = 0 V

ÐvU

AB - U BC + U AD = 0 V U CD = 0 V AB D D 3 D 2 D 1 C U AB U BC U AD 5 7 © Nathan / HER. La photocopie non autorisée est un délit Détermination des valeurs des potentiels électriques 1)

2) La loi des mailles, dans la maille A, B, C, D, A s'écrit :

3) E- U= 0 V, d'où : E= U, soit :

4) Mettre un point à la terre signifie fixer son potentiel électrique à 0 V, d'où :

5) U= 9 V = U

BC = V B - V C , d'où : U AB = 0 V = V A - V B , d'où : V A = V B , et donc :

Combinaison de lois des mailles

1) La loi des mailles, dans la maille A, B, E, F, A s'écrit :

2) La loi des mailles, dans la maille B, C, D, E, B s'écrit :

3) (U BA - U BE + U AF ) + (- U BC - U CD + U BE ) = 0 V.

Soit : U

BA - U BE + U AF - U BC - U CD + U BE = 0 V.

D'où :

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1.L'intensité et la tension électrique ............................................................................ 4

2.Les dipôles passifs linéaires ..................................................................................... 11

3.Les dipôles actifs linéaires ........................................................................................ 23

4.Les modèles équivalents de Thévenin et de Norton d'un circuit linéaire actif .......... 30

5.Le théorème de superposition ................................................................................. 46

6.Puissance et énergie électrique en continu ............................................................... 56

7.Le condensateur ...................................................................................................... 61

8.Le champ magnétique ............................................................................................. 65

9.Les actions magnétiques .......................................................................................... 71

10.L'induction électromagnétique ............................................................................... 77

11.L'auto-induction ..................................................................................................... 82

12.Le ferromagnétisme ............................................................................................... 87

13.Les régimes transitoires ......................................................................................... 91

14.Les grandeurs périodiques ..................................................................................... 98

15.Les grandeurs sinusoïdales .................................................................................... 109

16.Les dipôles linéaires en régime sinusoïdal ............................................................. 118

17.Étude des circuits linéaires en régime sinusoïdal ................................................... 125

18.Les puissances en régime sinusoïdal ...................................................................... 138

19.Le système de tensions triphasé équilibré .............................................................. 143

20.Le redressement ..................................................................................................... 150

21.Le transistor bipolaire ............................................................................................ 156

22.L'amplificateur opérationnel ................................................................................... 163

L"intensité

1) Il possède beaucoup d'électrons libres.

2) Des électrons libres.

3) L'ampère.

4) Le potentiel électrique du point B est inférieur à celui du point A.

5) D'un point de potentiel plus élevé vers un point de potentiel moins élevé.

6) Égal à celui des branches se coupant en ce noeud.

Correction des applications page 11

1) La quantité d'électricité ΔQayant traversé la section droite du conducteur en une seconde

2) Par définition, l'intensité Idu courant traversant le conducteur vaut :

1) La borne "+» de la pile attire les électrons du circuit car des charges de signes contraires

2) La borne "-» de la pile repousse les électrons du circuit car des charges de même signe

3) Le sens de parcours des électrons dans le circuit est celui entrant par la borne "+» (qui

4) Le sens conventionnel de l'intensité Idans un circuit électrique est l'opposé du sens de

I=ΔQ

1= 86ô A

ΔQ= 10

×1,6 ×10

Sens conventionnel de l'intensité I:

Figure 1

Application de la loi des nuds

1) La loi des noeuds en A s'écrit :

Détermination de tensions

Figure 3

2) : c'est la tension aux bornes du générateur de tension parfait.

3) La tension entre deux points quelconques d'un fil de liaison est nulle; d'où :

4) La loi des mailles donne : U

Or : U

Soit :

Générateur de tension

9 VLampee

Choix des mailles

1)Représentation des tensions U

Figure 4

3) Non, car elle est nulle.

4) La loi des mailles dans la maille A, B, C, D, A s'écrit :

5) La loi des mailles dans la maille A, D, C, B, A s'écrit :

6) Les deux relations obtenues sont identiques.

7) On peut choisir arbitrairement le sens de parcours de la maille.

Application de la loi des mailles

1)Représentation des tensions U

Figure 7

2) La loi des mailles, dans la maille A, B, C, A s'écrit :- U

ÐvU

2) La loi des mailles, dans la maille A, B, C, D, A s'écrit :

3) E- U= 0 V, d'où : E= U, soit :

4) Mettre un point à la terre signifie fixer son potentiel électrique à 0 V, d'où :

5) U= 9 V = U

Application de la loi des nuds