Cours d'Électricité (1ère année classe préparatoire, Semestre 1)

École nationale supérieure d'informatique - Sidi Bel Abbes. 1ere année classe préparatoire Semestre 1/ Electricité Présenté par : Dr K. SAIL  CONTENU DU MODULE I-ELE...

École nationale supérieure d'informatique - Sidi Bel Abbes. 1ere année classe préparatoire Semestre 1/ Electricité Présenté par : Dr K. SAIL  CONTENU DU MODULE I-ELECTROCINETIQUE II- COURANT ALTERNATIF III- RESEAUX ELECTRIQUE IV- QUADRIPOLES V- DIAGRAMME DE BODE Définition Lois de Définition, Fonction de Rappel sur Rappel sur diviseur Convention transfert l'électrostatique Les nombres de tension des courants et Fréquenc Courant complexes alternatif Théorème et des tensions e de Condensateurs Le magnétisme de diviseur Matrices coupure Théorème Décibel superpositi dede Impédance Notion courant Impédance on Admittance d’impédance Thevenin d’entrée, Forme de Bode Courant Théorème Joule Hybride, Loi Impédance d’un système continu de Norton Chaîne ou d’Ohm, loi Théorème de sortie linéaire du1er Transfert de Joule Résonance de ordre série et Millman Transfert en Résistances parallèle. Théorème courant et Fréquence Loi de de transfert en coude Kirchhoff Kennely tension Charge et eur. Association décharge des d’un quadripôles condensat CHAPITRE I ELECTROCINETIQUE  A/ RAPPEL SUR L’ELECTROSTATIQUE I-INTRODUCTION I-1. La charge Notion de charge électrique Conservation de la charge I-2. Forces électrostatiques : Loi de Coulomb Principe de superposition I-3. Champ électrostatiques I-3.a Champ créé par une charge ponctuelle I-3.b Champ créé par N charges ponctuelles (de n charges discrètes ) I-3.c Champ créé par une distribution continue I-3.d Exemples d’application II-CONDUCTEURS EN EQUILIBRE ELECTROSTATIQUE II-1. Propriétés d’un Conducteur en équilibre électrostatique II-2. Capacité d’un Conducteur en équilibre électrostatique II-3. Energie emmagasiné par un Conducteur en équilibre électrostatique  A/ RAPPEL SUR L’ELECTROSTATIQU I-Introduction L’électrostatique est une branche de l’électricité qui étudie les interactions entre les charges électriques statiques (immobiles). L'électricité statique consiste en une force provoquée par un objet chargé d'électricité sur un autre objet. Elle peut s'observer au quotidien lorsqu'un être humain reçoit une décharge électrique en touchant une poignée de voiture, par exemple : cette décharge est due à l'accumulation de l'électricité. Un autre phénomène bien connu est la foudre : celle-ci survient lorsque les nuages sont chargés d'électricité statique. Phénomènes d’électrisation L’électrisation se manifeste par l’attraction de certaines substances par d’autres. Les principaux phénomènes d’électrisation sont obtenus par Frottement : consiste à transférer des électrons d'un corps à un autre par frottement. Dans le cas du verre, c'est la laine qui arrache des électrons à la tige de verre par frottement. Le verre se charge donc positivement (déficit d'électrons) et la laine négativement (excès d'électrons). Avant frottement Après frottement (les deux corps sont neutre électriquement) Contact : Un corps non électrique, mis en contact avec un corps déjà électrisé devient à son tour électrique. Attraction Contact Répulsion Influence : Consiste à approcher un matériau électrisé d'un autre, mais sans contact. Les charges à l'intérieur du matériau approché s'orientent et/ou se déplacent, même s'il est globalement neutre électriquement. I-1.La charge  Notion de charge électrique  Charge électrique : La quantité d’électricité contenue dans un corps électrisé et peut être positive ou négative, cette charge est notée ‘Q’ ; et s’exprime en Coulomb (C) qui correspond à 6,25 1018 électron.  Charge ponctuelle : est un modèle idéalisé d’une particule ou d’un corps chargé dont les dimensions sont négligeables devant la distance d'interaction. Conservation de la charge : ‘La charge totale d’un système isolé est constante’ (aucun échange de matière avec l’extérieur I-2. Forces électrostatiques : Loi de Coulomb  Charles-Augustin Coulomb énonce la loi d'interaction électrostatique en 1785, a déterminé les propriétés de la force électrostatique exercée par une charge ponctuelle q 1 sur une autre charge ponctuelle q2 : 1) La force est radiale : dirigée selon la droite qui joint les deux charges ; 2) Elle est proportionnelle au produit des charges : attractives si elles sont de signes opposés et répulsives sinon 3) Elle varie comme l’inverse du carré de la distance entre les deux charges. L'expression mathématique : Remarques : 1/ Cette loi n’est valable que pour des distances r très supérieures aux dimensions des charges. 2/ Pour un milieu autre que le vide, au lieu de o , il faut prendre o r où r est appelée la « permittivité relative du milieu ». La constante k devient : k= Pour l’air et l’eau pure, par exemple, la permittivité relative r vaut respectivement 1,00058 et 80.  Principe de superposition I-3. Champ électrostatique I-3.a Champ créé par une charge ponctuelle  1 1 Si on place une charge q2 (charge test) en présence de ce champ en M elle subit la force I-3.b Champ créé par N charges ponctuelles (de n charges discrètes ) I-3.c Champ créé par une distribution continue  la densité volumique la densité surfacique densité linéique de charge de charge de charge La densité de charge électrique désigne la quantité de charge électrique par unité d'espace. I-3.d Lignes de champ Une ligne de champ est tangente en tous points au champ L’ensemble des lignes de champ forme le spectre. Exemple : Spectre d’une charge ponctuelle. Lignes de champ électrique autour de deux particules de même charges (gauche) et de charges opposées (droite). I-3. Potentiel électrostatiques  Champ électrique  variation du potentiel dans l'espace Le champ électrique dérive d’un potentiel électrique par la relation Pour une charge ponctuelle placée à l’origine : dV= -E.dr Exemples 2 2 1. Champ électrique entre 2 plans chargés - On montre que le champ électrique entre les 2 plans est homogène  Potentiel en M(x) :  Différence de potentiels entre les deux plaques :  I-4. Energie Potentiel électrostatiques Définition : L’énergie potentiel est le travail fournit pour déplacer une charge q d’un point donné qui peut être l’infini au point considéré II-CONDUCTEURS EN EQUILIBRE ELECTROSTATIQUE II-1. Propriétés d’un Conducteur en équilibre électrostatique Définition : l’équilibre électrostatique d’un conducteur est atteint lorsque aucune charge électrique ne se déplace plus à l’intérieur du conducteur. Soit un conducteur plein chargé positivement -Le champ E= 0 à l'intérieure d’un conducteur en équilibre. - E est perpendiculaire à la surface du conducteur : E dirigé de ( + ) (- ). - La charge totale du conducteur est repartie sur la surface extérieure (du conducteur) Qext  0 - La charge électrique est nulle à l’intérieur du conducteur Qint = 0 Le potentiel est constant à l'intérieure du conducteur en équilibre. La surface, limitant un conducteur est une surface équipotentielle (même potentiel) II-2. Capacité d’un Conducteur en équilibre électrostatique II-3. Energie emmagasiné par un Conducteur en équilibre électrostatique