Fiche de physique - chimie
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GÉNÉRALITÉS SUR LES RÉCEPTEURS ET LES GÉNÉRATEURS

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I. Rappels sur les circuits électriques

Les principales notions à connaître ont été abordées en seconde dans la fiche suivante :



fiches Signaux et circuits électriques complexes : les capteurs

II. Différence de potentiel (ou tension) et intensité du courant

1. Différence de potentiel (ou tension)

Définition
La différence de potentiel (ou tension) s'exprime en volt(s) (V) en un point du circuit :

\boxed{U_{AB} = V_{A} - V_{B}} ou \boxed{U_{PN} = V_{P} - V_{N}}

2. Intensité du courant

* Le courant électrique est le déplacement ordonné de porteurs de charges électriques :
des électrons dans les fils électriques ;
des ions dans les solutions électrolytiques (suite à la dissolution d'un solide ionique dans l'eau).

* Rappel : chaque électron porte une charge élémentaire \boxed{q = - e = - 1,6.10^{-19} ~ C}, ~~ \text{e} ~~ étant la valeur absolue de la charge élémentaire.

* Par convention, dans un circuit électrique, le courant sort de la borne "+" (ou "P") du générateur et entre par la borne "-" (ou "N"), tandis que les électrons circulent en sens inverse.

Définition
L'intensité du courant I qui circule dans un dipôle est égale à la valeur absolue de la charge électrique qui traverse, pendant une durée \Delta t, une section de ce dipôle :

\boxed{I = \dfrac{|Q|}{\Delta t} = \dfrac{N \times e}{\Delta t}}

I est en ampère(s) (A) ;
|Q| = N \times e est en coulombs (C), N étant le nombre de porteurs de charges traversant cette section ;
\Delta t est en secondes (s).

III. Puissance et énergie électrique

1. Puissance électrique

Définition
La puissance électrique P_e fournie par un dipôle est donnée par :

\boxed{P_e = U_{AB} \times I} pour un récepteur ;

\boxed{ P_e  = U_{PN} \times I} pour un générateur.

2. Énergie électrique

Définition
L'énergie électrique W_e fournie par un dipôle (récepteur ou générateur) pendant une durée \Delta t est :

\boxed{W_e = P_e \times \Delta t}

W_e est en joules (J)
P_e est en watts (W)
\Delta t est en secondes (s).

IV. Bilan énergétique

1. Bilan d'énergie d'un dipôle

* Un bilan d'énergie (ou de puissance) peut se schématiser de la façon suivante :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 1

2. Principe de la conservation de l'énergie ou de la puissance

* Le schéma-bilan sur l'énergie ou la puissance d'un dipôle montre que le principe énoncé par Lavoisier est respecté : "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".

* En effet, même si le père de la chimie moderne énonçait cette phrase pour une transformation chimique, celle-ci reste valable pour une étude énergétique d'un dipôle.

Propriété
* On peut définir un récepteur comme étant un convertisseur d'énergie qui consomme de l'énergie électrique W_e et la transforme en une ou plusieurs autres formes d'énergie (chimique, mécanique, thermique, etc.).

* Le principe de conservation de l'énergie s'écrit :

\boxed{\sum W_{\text{reçues}} = \sum W_{\text{cédées}}}

* En version puissance, le principe de conservation reste identique :

\boxed{\sum P_{\text{reçues}} = \sum P_{\text{cédées}}}

V. Étude de quelques récepteurs

* Cette partie n'a pas vocation à être complète.

* Elle rappelle les principales notions à connaître, abordées la fiche suivante :

fiches Les récepteurs

1. Le dipôle ohmique (ou résistor)

* Connaître le symbole d'un dipôle ohmique (ou résistor) et l'unité de la résistance (= grandeur physique).

* Connaître la loi d'Ohm et sa caractéristique U = f(I) ;

* Le dipôle est dit passif : sa caractéristique est une droite passant par l'origine.

* Bilan énergétique :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 2

2. L'électrolyseur

* Le symbole de l'électrolyseur est :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 5

* Connaître la loi d'Ohm généralisée : \boxed{U = E'+r'I}
r' en ohms (\Omega)
E' force contre-électromotrice en volts (V)
I intensité du courant en ampères (A).

* Connaître la caractéristique U = f(I) d'un électrolyseur.

* L'électrolyseur est un dipôle actif : sa caractéristique est une droite ne passant pas par l'origine.

* Bilan énergétique :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 3


3. Le moteur électrique

* Le symbole du moteur est :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 6

* Loi d'Ohm généralisée et la caractéristique U = f(I) sont les mêmes que celles de l'électrolyseur.

ATTENTION :
  • L'électrolyseur fournit une puissance chimique (E'I), une puissance thermique est dissipée par effet Joule (r'I2).
  • Le moteur fournit une puissance mécanique (E'I), une puissance thermique dissipée par effet Joule (r'I2).

* Bilan énergétique :
Généralités sur les récepteurs-générateurs : image 4

VI. Étude du générateur

Les notions à connaître seront abordées dans la fiche suivante :

fiches Les générateurs


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