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Physique appliquée en 30 fiches

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1 Électrotechnique, sciences appliquées BTS 1re et 2e années : en 28 fiches Bareille, Dominique 530 Bar/ex 01 2 La physique en Fac - Mécanique, thermodynamique : relativité Calvo, Florent 530 Cal/ex 01 3 Physique générale Cantin-Rivière, Sophie 530 Can/ex 01 4 Physique appliquée, première STI : génie électronique Chevet, Gérard 530

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Gilles DUMÉNIL

Physique appliquée

en 30 fichesP0I-II-9782100581979.indd 114/05/2012 14:17:51Retrouver ce titre sur Numilog.com

© Dunod, Paris, 2012

ISBN 978-2-10-058197-9

P0I-II-9782100581979.indd 214/05/2012 14:17:51Retrouver ce titre sur Numilog.com 4

Avant-propos

LoLisethétér

Je dédie cet ouvrage à ma mère sans laquelle rien n'aurait été possible..... Cet ouvrage aborde l'ensemble des thèmes de la physique et de l'électricité appliquée enseignés dans les sections post-baccalauréat. Il est composé de rappels sur les bases

de l'électricité et de thèmes tels que les fonctions de l'électronique analogique, le trai-

tement numérique du signal, les convertisseurs de puissance et les machines élec- triques. Il est destiné à l'ensemble des étudiants des sections de BTS, DUT et des 2 premières années de licence (cursus LMD) qui intègrent dans leur enseignement général des notions de physique et électricité appliquée. Cet ouvrage se présente en 30 fiches abordant chacune un thème précis. Chaque fiche est composée d'une synthèse de cours et d'exercices d'application dont la solution détaillée est appuyée par des conseils méthodologiques de résolution. Il constitue l'outil idéal pour des révisions efficaces en vue d'un contrôle et de l'exa- men.

Gilles Dumenil

9782100581979-dumenil-avt.qxd 14/05/12 8:47 Page 1Retrouver ce titre sur Numilog.com

Physique appliquŽe en 30 fiches

Loiseteh éorèmgeh

nogrèe a u xcèh Idœdgoseh teh lèglpèrh dselrgèvpeh

Circuits Žlectriques linŽaires

ƒtude des signaux pŽriodiques

Circuits en rŽgime sinuso•dal

RŽgime transitoire

nogrèe F u Ccœlrècœh te sHdselrgcœèvpe oœoscIèvpe

Filtres passifs

Amplificateur opŽrationnel

Amplification de diffŽrence,

Amplificateur dÕinstrumentation

Les comparateurs ˆ amplificateur opŽrationnel nogrèe E u Lgoèreéeœr œpédgèvpe tp hèIœos

Convertisseur numŽrique analogique (CNA)

Convertisseur analogique numŽrique (CAN)

DiscrŽtisation Ð TransformŽe en z

Filtrage numŽrique

9782100581979-dumenil-tdm.qxd 14/05/12 10:04 Page 2Retrouver ce titre sur Numilog.com

nogrèe 2 u npèhhoœleh eœ gdIèée hèœphcVtos

Puissances en rŽgime sinuso•dal

nogrèe T u Mcœ!egrèhhepgh tHdœegIèe hrorèvpeh

Le transformateur

Redressement monophasŽ non commandŽ

Redressement monophasŽ commandŽ

Pont tout thyristors

Le hacheur

Onduleur de tension monophasŽ

StratŽgies de commande des onduleurs

nogrèe " u Mcœ!egrèhhepgh tHdœegIèe rcpgœoœrh

Le moteur ˆ courant continu

Le moteur synchrone

LÕalternateur triphasŽ

Le moteur asynchrone

Variation de vitesse du moteur asynchrone

Moteur pas ˆ pas

9782100581979-dumenil-tdm.qxd 14/05/12 10:04 Page 3Retrouver ce titre sur Numilog.com

4Physique appliquŽe en 30 fiches

Loiseoth érèstiomeèhrogénoièh

a uéxogotocg Le courant électrique résulte d'un déplacement de particulesportant une charge élec-

trique. Dans les métaux, ces porteurs sont des électrons, c'est-à-dire des particules élé-

mentaires portant une charge négative. •Le passage du courant électrique entre deux points

Aet Bn'est possible que s'il

existe entre ces deux points une différence de potentiel, appelée tension élec- trique. Un potentielest une tension prise par rapport à un potentiel de référence (la masse : VM

0). Si V

A et V B sont respectivement les potentiels des points A et

B, alors :

u AB V A V B •L'intensité du courant électrique s'exprime en ampères (A) et une tension s'expri- me en volts (V).

On peut donc écrire :u

AB kiU 0

Avec :

U 0 : tension aux bornes du dipôle si i0 (à vide) ; k: coefficient réel homogène à une résistance Ièdnimeè œ par convention dans les récepteurs, la flèche de tension est opposée à celle du courant. Un circuit électriqueest dit linéairelorsqu'il est constitué de dipôles passifs et/ou actifs linéaires, c'est-à-dire par des dipôles caractérisés par une relation linéaireentre le courant iet la tension uAB aux bornes du dipôle. laLpvFuD AB iA B

9782100581979-dumenil-F01.qxd 14/05/12 8:48 Page 4Retrouver ce titre sur Numilog.com

5FICHE 1Ð Circuits Žlectriques linŽaires

© Dunod - La photocopie non autorisée est un délit. 1 aa uoCHrèh Cnhhoxh rogénoièh

érédègtnoièh

•Dipôles résistifs

La caractéristique de

Uf(I)montre que Uest

proportionnelle à I.

Loi d'Ohm:

URI

U: Volts (V),I: Ampères (A),R: Ohms (Ω).

La conductanceest définie par :

G1 R , et s'exprime en Siemens (S). Le groupement de plusieurs résistances peut se ramener à une seule résistance

appelée résistance équivalente en suivant les règles d'association série et parallèle.

La résistance équivalente d'un ensemble de résistances en série est égale à la somme des résistances : R eq R 1 R 2 ...R n U 0 I 21
eqR 1 12eq L'inverse de la résistance équivalente d'un ensemble de résistances en parallèle est égal à la somme des inverses des résistances : 1 R eq 1 R 1 1 R 2 ...1 R n

9782100581979-dumenil-F01.qxd 14/05/12 8:48 Page 5Retrouver ce titre sur Numilog.com

•Dipôles inductifs Une bobine réelle est constituée d'une inductance pure

Len série avec une résis-

tance r(résistance interne correspondant à la résistance du fil et responsable de pertes par effet Joule PrI 2

6Physique appliquŽe en 30 fiches

Loi de Lenz :ed?

T dt(? t : flux total).

Cas particulier du flux auto-induit

P

Li(flux propre à une bobine), d'où :eLdi

dt. e : force électromotrice auto induite qui s'oppose à la cause qui lui donne nais- sance. L : inductance en Henry (H). Donc urieriLdi dt - si la bobine est parfaite :r0Ωet uLdi dt - si la bobine est alimentée en régime continu iICte, alors : u0, si elle est parfaite (court-circuit). urI, si elle ne l'est pas (avec rρL

S,ρrésistivité en Ωm.)

•Dipôles capacitifs Pour un condensateur la relation entre l'ensemble des charges

électriques

qet la tension à ses bornes est :qCu C : capacité du condensateur en Farads (F). Or idq dtdonc iCdu dt Ci u+ q q

9782100581979-dumenil-F01.qxd 14/05/12 8:48 Page 6Retrouver ce titre sur Numilog.com

Cas particulier du régime continu

Si uUCte, alors i0et le condensateur est équivalent à un circuit ouvert. La capacité équivalente d'un ensemble de condensateurs en parallèle est égale à la somme des capacités de ces condensateurs. C eq C 1 C 2 C 3 ...C n aaa uoCHrèh nstoxh rogénoièh

érédègtnoièh

•Générateurs de tension Ièdnimeè œ par convention pour les dipôles actifs on utilise la conven- tion générateur,

Uet Isont dans le même sens.

Relation pour un générateur de tension linéaire : UEr.I

E: f.é.m. à vide (pour I0).

r : résistance interne du dipôle actif.

GŽnŽrateur de tension parfait :

r0Ωet UECteI. •Générateur de courant Relation pour un générateur de courant linéaire : II cc U R I cc : courant de court-circuit (pour U0). R : résistance interne.

GŽnŽrateur de courant parfait :

Ret II

cc CteU. 7

FICHE 1Ð Circuits Žlectriques linŽaires

© Dunod - La photocopie non autorisée est un délit. 1 rI E r IrI U r I Icc U R I

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Principe d'un réseau R- 2R

On considère le montage suivant :

8Physique appliquŽe en 30 fiches

RRRR RR U A B I RR 1 RR R U A B I 23
5 6 4

1.Calculez la résistance équivalente R

AB

2.Calculez le courant I.

DonnŽes:U10V,R

1 R 3 R 5 R 6

1kΩet R

2 R 4

2kΩ.

Attention :pour déterminer la résistance équivalente, il faut procéder par étapes en faisant les regroupements de base (série ou parallèle). Faites des schémas intermé- diaires.

Solution

1.Pour déterminer R

AB , il faut procéder par étapes intermédiaires. 1 re

étape :déterminez la résistance R

eq1

équivalente à R

5 et R 6 en série. R eq1 R 5 R 6

1000100020002kΩ

On obtient le schéma intermédiaire suivant : R eq1 R RR R U A B I R eq1 RU A B I 21
3 4 2 e

étape :déterminez la résistance R

eq2

équivalente à R

4 et R eq1 en parallèle. 1 R eq2 1 R 4 1 R eq1 1

20001200011000

R eq2

10001kΩ

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On obtient le schéma intermédiaire suivant : 9

FICHE 1Ð Circuits Žlectriques linŽaires

© Dunod - La photocopie non autorisée est un délit. 1 RRRR U A B I R eq2 RU A B I 1 23
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