Science électricité unite 3

L’électricité

Partie B: lʼélectricité dynamique

L’électricité
dynamique

qu’est-ce que c’est?

Lʼélectricité dynamique:

Le mouvement des électrons (charges
négatives) dans un circuit électrique.
(Dynamique = qui bouge/se déplace)

Exemples d’
électricité
dynamique

● Un four électrique branché à une prise de

courant de 240 volts

●

●

Les circuits électriques

Circuit électrique: Un
chemin continu dans lequel
les électrons circulent. Les
électrons voyagent toujours
dans la même direction: de
la borne négative à la borne
positive de la source dʼ
énergie.

Les circuits électriques

Afin de fonctionner, un circuit électrique a besoin dʼau moins trois
composantes:

● Une source dʼénergie: Fournit lʼénergie au circuit (ex. une pile

ou une batterie).

● Un fil conducteur: Permet le passage des électrons dans le

circuit en reliant les différentes composantes.

● Un appareil résistant: Utilise lʼénergie pour accomplir une

tâche (ex. une ampoule, une sonnette ou un élément chauffant)

Les circuits électriques

Même si les circuits peuvent fonctionner avec seulement trois
composantes essentielles, la plupart des circuits en intègrent
généralement davantage. Chaque composante peut être
représentée par un symbole lorsquʼon dessine des schémas de
circuits électriques.

Les composantes des
circuits électriques

Catégorie

Composante

Symbole

Source dʼénergie:
fournit lʼénergie aux

électrons

Pile

Batterie à trois piles

Prise de courant

Les composantes des
circuits électriques

Catégorie

Composante

Symbole

Conducteur

électrique: permet
la libre circulation
des électrons et

relie les parties dʼun

circuit.

Fil de connexion

Mise à la terre

Les composantes des
circuits électriques

Catégorie

Composante

Symbole

Dispositifs de

contrôle: permet

dʼouvrir ou fermer le

circuit.*

Interrupteur ouvert

Interrupteur fermé

Les composantes des
circuits électriques

Note sur les dispositifs de contrôle : Lorsque lʼinterrupteur
est en position « off » on dit que le circuit est ouvert. Lorsque
lʼinterrupteur est en position « on » on dit que le circuit est
fermé.

● Lorsque le circuit est ouvert, aucun électron ne peut se

déplacer dans le circuit.

● Lorsque le circuit est fermé, les électrons peuvent se

déplacer.

Les composantes des
circuits électriques

Catégorie

Composante

Symbole

Appareils
résistants:

utilisent lʼénergie
électrique pour la

convertir en énergie

utile (thermique,

mécanique,
sonore,...).

Ampoule

Résistance

Moteur

Les composantes des
circuits électriques

Catégorie

Composante

Symbole

Appareils de

mesure: permet de
mesurer en labo le
courant et la DDP

Ampèremètre

Voltmètre

Les schémas de circuits

électriques

Schéma électrique: Un dessin dʼun circuit
électrique. Il décrit la façon dont les composantes
électriques du circuit sont branchées les unes
avec les autres. Les schémas électriques utilisent
généralement les symboles normalisés pour
représenter les différentes composantes du circuit.

Les schémas de circuits

électriques

Schéma du circuit sans

lʼutilisation des symboles

Schéma du circuit avec

lʼutilisation des symboles

Trace un circuit électrique
avec les composantes
suivantes:

● 1 pile
● 2 résistances
● 1 ampoule
● 1 ampèremètre
● 1 interrupteur fermé

Exercice

Trace un circuit électrique
avec les composantes
suivantes:

● 1 batterie
● 1 moteur
● 2 ampoule
● 1 résistance
● 1 interrupteur ouvert

Exercice

Les types de circuits

Il existe deux types de circuits:

les circuits en série et les circuits

en parallèle.

Les circuits en série

Toutes les composantes
du circuit sont placées
lʼune à la suite de lʼautre.

Les électrons se

déplacent sur 1 seul

chemin.

Les circuits en parallèle

Les composantes du

circuit sont placées sur
des chemins différents.

Les électrons se

déplacent sur plusieurs

chemins.

Circuit en

série

Circuit en
parallèle

Les types de circuits

La quantité de charge

Quantité de charge: Le montant de charges négatives
(électrons) qui se déplacent dans un circuit.

Symbole de la quantité de charge: Q

Unité de mesure de la quantité de charge: Coulomb C

La quantité de charge

Les électrons sont très petits et se déplacent très rapidement, il
est donc très difficile de les compter un par un lorsquʼils
circulent dans un circuit. À la place, on les compte par paquets
de 6,25  10¹⁸ électrons. Chaque paquet représente 1 coulomb 1
unité de charge).

DONC
● La quantité de charge = nombre de paquets dʼélectrons qui se

déplacent dans le circuit (mesuré en coulombs)

● 1 coulomb = 6,25  10¹⁸ électrons

Le courant électrique

Courant électrique: Une
mesure du nombre de paquets
dʼélectrons (la charge) qui se
déplacent dans le circuit à un
endroit précis au cours dʼune
période de temps. Plus il y a dʼ
électrons qui passent dans un
circuit, plus le courant est fort.

Le courant électrique

● Analogie: Le courant peut être comparé à un cours dʼeau.

Plus lʼeau sʼécoule rapidement, plus le courant est fort.

Courant fort

Courant faible

Le courant électrique

Symbole du courant:

I

Unité de mesure du courant:

Ampère A

Appareil de mesure du courant:
Ampèremètre (branché en série)

La charge vs le courant

La charge vs le courant

La charge vs le courant

La charge:

le nombre de paquets dʼélectrons TOTAL

Le courant:

le nombre de paquets dʼélectrons PAR

SECONDE

La formule du courant

Il est possible de calculer le courant dʼun circuit électrique à
lʼaide de la formule suivante:

Voir les notes sur la quantité de charge

Calcule la quantité de
courant électrique qui

est produite si 47

coulombs se déplacent

dans un circuit en 7

secondes.

Exercice

Le courant dans un

circuit en série

Si on considère notre formule: I  Q/t

Q Dans un circuit en série, les électrons suivent tous un seul
chemin. Ceci veut dire quʼil y a le même montant de paquets dʼ
électrons qui passent par tous les points du circuit. DONC, notre
charge est la même partout dans le circuit (# paquets dʼélectrons
= charge).

t: Le temps est mesuré de la même façon peut importe où on se
trouve dans le circuit

Le courant dans un

circuit en série

Conclusion: Dans un circuit

en série, le courant est le

même partout dans le circuit.

Le courant dans un

circuit en série

Le courant dans un
circuit en parallèle

Si on considère notre formule: I  Q/t

Q Dans un circuit en parallèle, les électrons se déplacent sur
plusieurs chemins différents. Ceci veut dire quʼil y a un montant
différent dʼélectrons qui circulent à chaque point du circuit. DONC,
la charge nʼest PAS la même partout dans le circuit (# paquets dʼ
électrons = charge).

t: Le temps est mesuré de la même façon peut importe où on se
trouve dans le circuit

Le courant dans un
circuit en parallèle

Conclusion: Dans un circuit
en parallèle, le courant est

DIFFÉRENT selon lʼendroit où

on le mesure.

Le courant dans un
circuit en parallèle

La différence de

potentiel

Les électrons nʼont pas toujours la même quantité dʼ
énergie. Leur énergie varie en fonction de la source dʼ
énergie. Certaines sources dʼénergie donnent beaucoup dʼ
énergie aux électrons et d'autres en donnent moins.

Aussi, les électrons vont perdre de lʼénergie lors de leur
déplacement dans un circuit électrique. Ceci est dû au fait
quʼils transfèrent leur énergie aux différentes composantes
du circuit (ex. aux ampoules).

La différence de

potentiel

Différence de potentiel (tension):

La quantité dʼénergie (en joules) qui est
gagnée ou perdue par chaque paquet dʼ

électrons.

Symbole de la ddp:

V

Unité de la ddp:

Volt V

Appareil de mesure de la ddp:
Voltmètre (branché en parallèle)

La différence de

potentiel

La différence de

potentiel

Il est possible de calculer la différence de potentiel dʼun circuit
électrique à lʼaide de la formule suivante:

Calcule la différence de

potentiel dʼun circuit

électrique si une source dʼ
énergie fournit 45 Joules à

une charge de 10

Coulombs.

Exercice

La résistance

Afin de prendre lʼénergie des électrons et de la convertir
en une autre forme dʼénergie, les résistances doivent
d'abord réussir à ralentir le mouvement des électrons (le
courant).

Résistance: La capacité à sʼopposer au passage du
courant électrique. La résistance agit comme une barrière
qui ralentit le flux dʼélectrons dans un circuit.

Symbole de la résistance:

R

Unité de la résistance:

Ohm (Ω)

Appareil de mesure de la

résistance:
Ohmmètre

La résistance

La résistance

Il est possible de calculer la résistance dʼun circuit électrique à
lʼaide de la formule suivante:

La résistance

Cette formule représente la loi dʼohm. Cette loi nous indique
quʼil existe une relation entre le courant, la différence de
potentiel et la résistance.

● Si la résistance augmente, la différence de potentiel

augmente.

● Si la résistance augmente, l'intensité du courant diminue.
● Si l'intensité du courant augmente, la différence de

potentiel augmente.

Calcule la résistance dʼun
circuit qui a un courant de

24 Ampères et une

différence de potentiel de

79 Volts.

Exercice

Les facteurs qui

influencent la résistance

La résistance augmente avec la

longueur du fil. Si la longueur
double, la résistance double.

La longueur

Les facteurs qui

influencent la résistance

La résistance diminue lorsque
lʼaire de la section augmente : si

lʼaire de la section double, la
résistance diminue de moitié.

Aire de la section
transversale du fil

Les facteurs qui

influencent la résistance

La résistance augmente lorsque
la température augmente (pour

la plupart des matériaux).

Température

Les facteurs qui

influencent la résistance

À cause de la structure des

atomes, les électrons se

déplacent plus facilement dans

certains métaux.

Substance

Les facteurs qui

influencent la résistance

Dans un circuit avec les mêmes
composantes, la résistance est
plus élevée dans un circuit en
série comparé à un circuit en

parallèle.

Type de circuit

La résistance
équivalente

Dans un circuit qui comporte plusieurs
résistances, on peut calculer la valeur

totale de ces résistances.

La résistance
équivalente

La résistance équivalente
Formule pour calculer la
résistance équivalente

Circuit en

série

La résistance équivalente
est toujours plus grande

que chacune des

résistances.

La résistance
équivalente

La résistance équivalente
Formule pour calculer la
résistance équivalente

Circuit en
parallèle

La résistance équivalente

est toujours plus petite

que chacune des

résistances.

La résistance
équivalente

La résistance équivalente
Formule pour calculer la
résistance équivalente

Circuit mixte

(série et
parallèle)

La résistance équivalente

est plus grande quʼen

parallèle mais plus petite

quʼen série.

ET

Calcule la résistance
équivalente du circuit

suivant si R1 = 5 Ω, R2 = 12

Ω et R3 = 36 Ω.

Exercice

Calcule la résistance
équivalente du circuit

suivant si R1 = 5 Ω, R2 = 12

Ω et R3 = 36 Ω.

Exercice

Calcule la résistance
équivalente du circuit

suivant si R1 = 34 Ω, R2 =

21 Ω, R3 = 19 Ω et R4 = 2 Ω .

Exercice

L’énergie électrique

Énergie électrique: Lʼénergie
que les électrons doivent avoir
afin de traverser une
résistance.*
Note: Ceci est différent de la
différence de potentiel qui est lʼ
énergie gagnée ou perdue par
les électrons.

Symbole de lʼénergie électrique:

E

Unité de lʼénergie:

Joules J ou Wattheure Wh*

Note: on utilise les Wattheure pour
représenter lʼénergie utilisée dans les

maisons.

1 wattheure = 3600 joules

L’énergie électrique

L’énergie électrique

Il est possible de calculer lʼénergie en wattheure à lʼaide de la
formule suivante:

Calcule lʼénergie en

Wattheure utilisée par une
sécheuse qui fonctionne

pendant 1,5 h. La

différence de potentiel est
de 240 V et lʼintensité du

courant est de 20 A.

Exercice

La puissance

Après avoir ralenti la vitesse des électrons (le courant), les
résistances convertissent lʼénergie des électrons en une autre
forme dʼénergie (sonore, lumineuse, thermique).

Puissance: la quantité d'énergie qu'une résistance peut
transformer pendant une période de temps.

Symbole de la puissance:

P

Unité de la puissance:

Watt W

Appareil de mesure de la

puissance:
Wattmètre

La puissance

L’énergie électrique

Il est possible de calculer la puissance à lʼaide de la formule
suivante:

L’énergie électrique

Puisque les résistances doivent ralentir le flux dʼélectrons (le
courant) pour convertir leur énergie (la ddp), on peut aussi calculer
la puissance à lʼaide de la formule suivante:

Quelle est la puissance
dʼune composante si elle

convertit 89 joules dʼ

énergie en 12 secondes?

Exercice

Quelle est la puissance

dʼune ampoule si lʼénergie
perdue par les électrons
est de 23 V et le courant

est de 49 A?

Exercice

Le coût de l’énergie

Afin de calculer le coût total de lʼénergie, on doit multiplier lʼ
énergie utilisée (en kWh) par le prix facturé pour son utilisation
$/kWh.
Note: attention de bien convertir lʼénergie de wattheure Wh
→ kilowattheure (kWh) en divisant par 1000.

Le coût de l’énergie

Voici la formule pour calculer le coût de lʼénergie:

Combien dʼargent

devras-tu payer si lʼénergie

coûte 12 $/kWh et que tu

utilises 350 Wh?

Exercice

Un séchoir à cheveux a

une puissance nominale de

1200 W. On lʼutilise en
moyenne 10 minutes par

jour. Lʼélectricité coûte 8,8

$/kWh. Quel est le coût
dʼutilisation pour 5 jours?

Exercice

L’efficacité énergétique

Aucun appareil électrique ne réussit à transformer
toute lʼénergie des électrons en énergie utilisable.

Il y a toujours des pertes!

L’efficacité énergétique

Afin de calculer le pourcentage dʼefficacité énergétique, on
utilise la formule suivante:

Une ampoule qui

consomme 30 000 J dʼ
énergie électrique émet

900 J dʼénergie lumineuse.

Quel est le pourcentage

dʼefficacité énergétique de

cette ampoule?

Exercice