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Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant...

Posté par
colro51
02-02-11 à 17:14

Bonjour à tous.

Je suis en TS, et j'aimerais comprendre la physique un peu mieux avec laquelle j'ai toujours noué des liens difficiles.
Tout d'abord, pour être sur d'avoir de bonnes bases, dans un circuit électrique, des électrons se déplacent le long du circuit, ce qui crée du courant. Le nombre de ces électrons détermine la valeur de l'intensité.
3 questions : - Est-ce bon?
              - Comment génère-t-on les électrons (générateur ou pile, non?) mais comment ... surtout que, pour moi, ils constituent le cortexe d'un noyau donc bon...
              - La tension, différence de potentiel, qu'est-ce qu'elle détermine dans un circuit, son efficacité ? A quoi sert-elle?

Ensuite, un dipôle RC, RL, etc...on a besoin d'une résistance, donc pour créer une tension, qui sert à ..?
Et à quoi sert le condensateur? Il accumule une tension en créant une différence de potentiel, et alors?...


Et, enfin, pour la pile (dont on vient de voir le fonctionnement), comment ça marche? Déjà, comment les ions de la solution traversent le pont salin alors que ce ne sont pas les mêmes ions...


J'ai du mal, merci de me répondre

Posté par
Heroes31
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 02-02-11 à 17:48

Bonsoir...

Citation :
Le nombre de ces électrons détermine la valeur de l'intensité.

Oui, par définition, l'intensité du courant électrique est la quantité de charges circulant par unité de temps, d'où la formule i = dq/dt  (ou plus exactement i(t) = dq(t)/dt )

Citation :

- Comment génère-t-on les électrons (générateur ou pile, non?) mais comment ... surtout que, pour moi, ils constituent le cortexe d'un noyau donc bon...

N'oublie pas que dans un atome métal (donc conducteur), les électrons de la dernière couche électronique (couche de valence) sont peu liés au noyau et que par conséquent, ils sont capables de sauter d'atomes en atomes. On les qualifie d'électrons libres.

Sous l'effet d'un générateur (différence de potentiel), ces électrons libres vont se déplacer dans le même sens (que tu connais).


Citation :
La tension, différence de potentiel, qu'est-ce qu'elle détermine dans un circuit, son efficacité ? A quoi sert-elle?

Disons qu'elle représente la hauteur de chute d'un cours d'eau. Sans cette différence, tu n'aurais pas d'écoulement.
En électricité, sans la tension électrique, tu ne peux pas faire descendre le courant électrique.


Citation :
Ensuite, un dipôle RC, RL, etc...on a besoin d'une résistance, donc pour créer une tension, qui sert à ..?

Non, tu n'es pas obligé d'avoir une résistance. De plus, chaque dipôle possède sa propre tension à ses bornes.
La résistance sert à limiter la valeur de l'intensité du courant électrique (donc à protéger tes autres dipôles)

Maintenant, dans le cadre de ta Tle, il s'avère qu'elle joue un rôle dans les établissements de charge/décharge (RC) ou établissement/retrait du courant (RL) [voir constantes de temps ]
ou de dissipation d'énergie par effet Joule ("frottement" dans un RLC)



Citation :
Et à quoi sert le condensateur? Il accumule une tension en créant une différence de potentiel, et alors?...

En fait, il n'accumule pas une tension. Il accumule des charges sur ses armatures (donc des électrons) et par conséquent, il accumule de l'énergie électrostatique Ec.

Et alors ? Il permet de garder une tension à ses bornes si on ne le décharge pas ou de fournir un courant électrique si on s'en sert comme générateur.
Sans ces condensateurs, tu ne pourrais pas garder certaines mémoires d'appareils électriques (Horloge de l'ordi, bascule automatique d'interrupteur, filtrage de signaux, coupure de fréquence, ... les domaines sont vastes...)


Citation :
Et, enfin, pour la pile (dont on vient de voir le fonctionnement), comment ça marche? Déjà, comment les ions de la solution traversent le pont salin alors que ce ne sont pas les mêmes ions...

La pile ?
C'est un électrolyte (milieu contenant des ions) conducteur d'électricité.
Deux électrodes (+ et -) sur laquelle il se produit une oxydation (métal -> ion) libérant des électrons dans le circuit sur l'une et une réduction sur l'autre (ion -> métal) par capture de ces électrons arrivant
(Cours de 1ère S)


Les ions sont suffisamment petits pour circuler au travers du pont salin par capillarité...
TOUS les ions (même ceux du pont salin) se déplacent à l'intérieur de celui-ci.

Ils sont justes moins "mobiles" dans le pont parce c'est sous forme de gel...

Posté par
colro51
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 02-02-11 à 18:34

merci de ta réponse.
Donc le métal, comme tout ce qui existe, est fait d'électrons qui sont libres (propriété du métal). (d'ailleurs, y'a pas que les métaux qui ont des électrons sur la dernière couche, si ?).
Et i=dq/dt, c'est une dérivée, non? pourquoi une dérivée? C'est donc les variations de la quantité de charges?
Pas mal la métaphore (c'est bien ça?) sur la chute d'eau. Donc tout circuit repose sur la tension, on crée des différences de potentiels (de quantités de charges quoi?), mais pourquoi faire? pourquoi faire des tensions ? Pourquoi (par exemple), une lampe crée une tension,... Pareil pour le générateur.

Donc le condensateur joue le rôle d'un générateur? Mais il ne peut fonctionner tout seul? Comment il fonctionne par exemple dans un ordi, et en quoi il permet des choses? (et quelles choses?).

Mais pourquoi on met un liquide, de formule différente que les deux solutions (dans lesquelles trempent le métal)? Et comment les ions se transforment en éléctrons sur le métal?

Merci (je sais, beaucoup de questions, désolé lol).

Posté par
Heroes31
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 02-02-11 à 19:47

Citation :
Donc le métal, comme tout ce qui existe, est fait d'électrons qui sont libres (propriété du métal). (d'ailleurs, y'a pas que les métaux qui ont des électrons sur la dernière couche, si ?).


Non, tous les atomes possèdent des électrons mais seuls les métaux possèdent une structure électronique un peu particulière qui fait que leurs électrons en périphérie sont libres...
Tous les électrons de l'atome ne "sautent" pas, en l'occurrence les deux électrons de la couche K ne peuvent quitter le noyau du fait qu'ils sont fortement attirés électrostatiquement par le noyau...
(Je ne te détaille pas, ce n'est pas de ton niveau de compréhension actuel, note simplement que les couches électroniques sont encore divisées en sous-couches et que c'est ça qu'il faut étudier...)


Citation :
Et i=dq/dt, c'est une dérivée, non? pourquoi une dérivée? C'est donc les variations de la quantité de charges?

Effectivement, dq/dt représente mathématiquement la dérivée de la fonction q(t) par rapport au temps... Mais en physique, elle représente également une toute petite quantité de charge que l'on note (dq) par unité de temps que l'on note (dt)

On le traite de la même manière qu'on manipule des expression littérales... Ca dépend du contexte...
Soit dérivée par rapport au temps, soit (dq) divisé par (dt)

Citation :
Pas mal la métaphore (c'est bien ça?) sur la chute d'eau.

Non, c'est une comparaison... La métaphore est implicite...

Citation :
Donc tout circuit repose sur la tension, on crée des différences de potentiels

Oui...

Citation :
(de quantités de charges quoi?)

Non, ce sont des différences d'électrisation, c'est-à-dire que deux points d'un circuit ne sont pas dans le même état électrique (Cf. cours de 1S sur les électrisations) ce qui crée alors un "champ électrique" E permettant aux charges de circuler...


Citation :
mais pourquoi faire? pourquoi faire des tensions ? Pourquoi (par exemple), une lampe crée une tension,... Pareil pour le générateur.

Non, une lampe ne crée pas de tension... Sinon ça serait magique ! Elle s'allumerait toute seule !
Ce n'est pas un générateur. C'est pour cela que l'on dit plutôt; dans un langage plus correcte que :
"la lampe, en fonctionnement, présente une tension à ses bornes."

Sans tension, c'est-à-dire, sans différence d'électrisation, tes électrons ne peuvent pas être attirés (électriquement) et donc ils ne peuvent pas circuler, donc pas de courant !
(Donc pas de lumière !)


Pour "preuve"...
Un électron (en négligeant son poids) placé dans un champ électrique de valeur E subit une force électrostatique F = q.E (par définition) qui est égal à m.a de part la RFD. Donc il possède une accélération non nulle, il est donc en mouvement...



Citation :
Donc le condensateur joue le rôle d'un générateur? Mais il ne peut fonctionner tout seul? Comment il fonctionne par exemple dans un ordi, et en quoi il permet des choses? (et quelles choses?).

Oui, dans certains circuits, on s'en sert comme tel... Et non, il ne peut pas fonctionner tout seul sans être au préalable chargé !
Dans un ordi, il fonctionne souvent en accumulateur de charges dans un dipôle RC...


Je te donne un autre exemple plus simple, les ordis, c'est trop complexe...

Suppose un éclairage de rue, commandé par un capteur de lumière.
Dès que la luminosité extérieure est trop faible, le capteur déclenche un interrupteur électronique qui allume l'éclairage public.

Suppose maintenant qu'une voiture, tous feux allumés, passe devant et éclaire ce capteur ! Du coup, la luminosité est assez forte un instant pour faire couper l'éclairage public !
Pas cool non ?

Suppose maintenant qu'on couple avec le capteur un dipôle RC... Tant qu'il fait nuit, il y a une tension électrique (et donc un courant) qui charge le condensateur jusqu'à sa limite.

La voiture passe, le capteur commande la coupure du courant. Le condensateur n'est donc plus soumis à une tension, il va se décharger dans le circuit (donc sa tension à ses bornes, en tant que générateur va diminuer) avec une constante de temps = RC suffisamment lente pour ne pas le décharger rapidement
(Disons plusieurs minutes pour se simplifier la vie...)

Si on installe une commande-relais comparant la valeur de U(C) avec une tension de référence fixe de sorte que, tant que la tension U(C) > Uréférence, alors le relais ne se déclenche pas et ne coupe donc pas l'éclairage...

Dans ce cas, même si le capteur est éclairé quelques instants, donc même si le condensateur se décharge (suffisamment lentement quand même !), l'éclairage public ne s'éteindra pas...

Tu saisis cet exemple concret ?

Maintenant, les condensateurs ont beaucoup de fonction de filtrage (mais ça, ce n'est pas à ta portée !)


Citation :
Mais pourquoi on met un liquide, de formule différente que les deux solutions (dans lesquelles trempent le métal)?

Si tu te contentes de prendre 2 électrodes comme ça, dans l'air... Ca ne marchera pas, l'air est un isolant... Tu as donc un circuit ouvert !
De plus, l'eau pure n'est pas une solution fortement conductrice, elle ne dispose que peu d'ions oxonium et hydroxyde tel que Ke = 10-14 (à 25°C).


C'est pour ça qu'on plonge ces électrodes dans des solutions conductrices, c'est-à-dire des solutions ioniques.
Comme les ions sont des espèces chargées, elles vont se déplacer dans l'eau afin d'assurer la conduction électrique.


Citation :
Et comment les ions se transforment en éléctrons sur le métal?

Non, les ions ne se transforment pas en électrons ! Ce sont les atomes constituant le métal qui vont perdre leurs électrons libres dans le circuit électrique pour devenir des ions (passant alors en solution)

Et inversement sur l'autre électrode, les ions de la solution vont capter les électrons provenant du circuit électrique pour devenir du métal (se déposant alors sur cette électrode)

L'équation chimique est la suivante (réversible)
Métal = Ion + n électrons

Ca, c'est du cours de 1S sur les piles et l'oxydoréduction si je me souviens bien...

Posté par
colro51
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 03-02-11 à 06:48

pourquoi on n'a pas fait i=q dans ce cas?
Pourquoi une dérivée, j'ai du mal à comprendre.


Donc, en fait, le générateur crée une différence de potentiel, donc une tension, en libérant des électrons dans un sens mais pas dans l'autre, et cette tension est consommée par les dipôles en fonction de leur résistance, afin de fonctionner. Une lampe présente une tension, qui revient à une consommation de la tension dans le circuit, à cause de sa résistance.
Je comprends pas trop pourquoi et comment le générateur donne une tension et la lampe la consomme.

Citation :
Tu saisis cet exemple concret ?

Pour être franc, non, pas vraiment.

Et, oui, je sais qu'il y a un pont salin, mais pourquoi dans celui-ci on met des espèces différentes des deux solutions sièges des réactions qui nous intéressent.

Posté par
Heroes31
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 03-02-11 à 16:26

Citation :
pourquoi on n'a pas fait i=q dans ce cas?
Pourquoi une dérivée, j'ai du mal à comprendre.

I c'est en Ampère, Q c'est en Coulomb... Donc pas homogène...

C'est parce qu'historiquement, on a imaginé le courant électrique et ses effets durant le XVIIIe siècle, donc AVANT la découverte de l'électron par Thomson en 1897 (bien que Coulomb, en 1785, montrait déjà que ceci correspondait à une notion de quantité de charges).


En fait, tu vois le truc à l'envers... La "force" d'un courant qu'on appelle donc "intensité" (pour faire l'analogie mécanique) est la quantité de charges (dq) circulant par unité de temps (dt) donc c'est le rapport (dq)/(dt).

Et il s'avère que mathématiquement, ce rapport de variation infime, ça s'appelle une dérivée ! Donc n'te prends pas trop la tête avec ça, ou alors revois la théorie sur la fonction dérivée et l'approximation affine d'une fonction en point (notion de tangence à la courbe).



Citation :
Donc, en fait, le générateur crée une différence de potentiel, donc une tension, en libérant des électrons dans un sens mais pas dans l'autre, et cette tension est consommée par les dipôles en fonction de leur résistance, afin de fonctionner. Une lampe présente une tension, qui revient à une consommation de la tension dans le circuit, à cause de sa résistance.
Je comprends pas trop pourquoi et comment le générateur donne une tension et la lampe la consomme.

C'est parce que tu utilises les mauvais termes que tu comprends pas pourquoi...

Les dipôles présentent une tension à leurs bornes (différence d'électrisation).
Le générateur fournit de l'énergie électrique.
Les dipôles consomment une certaine énergie électrique liée à la puissance qu'ils ont besoin pour fonctionner et ce, durant une certaine durée (telle que E = Pt), et qu'à la maison, tu payes à EDF !!!



Citation :
Tu saisis cet exemple concret ?
Pour être franc, non, pas vraiment.

Pas grave... Retiens simplement que des condos, ça sert à pleins de trucs comme maintenir des mémoires en tant que générateur, filtrer des fréquences, ...
Et qu'à ton niveau de Tle, ça se charge et ça se décharge dans des circuits !


Citation :
Et, oui, je sais qu'il y a un pont salin, mais pourquoi dans celui-ci on met des espèces différentes des deux solutions sièges des réactions qui nous intéressent.

On peut très bien utiliser les mêmes ions... Rien ne l'empêche... Ca se fait dans l'industrie mais dans ce cas, ton pont sera détruit/consommé plus rapidement...

Maintenant, si on veut faire du quantitatif, c'est-à-dire des calculs de masse formé sur des électrodes, ou autres calculs relatifs aux piles et oxydo-réduction...
C'est un peu "gênant" si on ne connait pas les quantités de matière contenues dans le pont...
Tu vas me dire, on n'a qu'à fabriquer des ponts de concentrations connues... Oui, on n'a qu'à faire ça, mais là, je n'ai pas la réponse à cette question... Mieux vaut demander à une industrie chimique...

Bref, tout ce que tu as à retenir d'un pont salin, c'est qu'il permet d'assurer la liaison ionique du circuit car il contient des ions, c'est tout !

Posté par
colro51
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 03-02-11 à 19:42

Ok, bon, même si je suis dégouté de ne pas pouvoir comprendre les condensateurs, etc (je dois avoir un problème pour ne rien comprendre lol..), j'aimerais bien faire un petit résumé pour me souvenir des notions de l'électricité.


Dans un circuit, on allie un générateur, qui délivre une tension en présentant une différence de tension (donc au niveau atomique, les électrons sortent un par un du générateur ce qui crée progressivement une tension), ces électrons, en fonction de leur nombre, déterminent l'intensité, plus ou moins importante, qui traverse les dipôles qui consomment une partie de la tension en consommant des électrons..

J'crois que j'ai fait beaucoup de fautes..Enfin, voilà, ne pourrais-tu pas faire un résumé de ce genre compact et avec toutes les données essencielles (au niveau atomique, physique, des dipôles...).

Je sais que j'en demande beaucoup merci de me répondre.

Posté par
Heroes31
re : Détails primordiaux et élémentaires, circuits, courant... 03-02-11 à 20:06

Un circuit électrique comporte nécessairement un générateur (dipôle actif présentant une tension à ses bornes non nulle lorsqu'il est pris seul) afin de faire circuler un courant électrique.

Le courant électrique, noté I, se déplace dans le sens conventionnel, c'est-à-dire de la borne positive du générateur vers la borne négative.

Le courant électrique est par définition un déplacement forcé (provoqué par le générateur) d'électrons libres provenant de la couche de valence des atomes métalliques (Fer, Cuivre, Zinc, ...)

Comme les électrons sont négatifs, ils sont attirés par la borne positive du générateur et circulent donc dans le sens inverse du sens conventionnel.

Plus la quantité d'électrons circulant sera importante, plus l'intensité du courant sera grande.

La tension électrique représente une différence d'électrisation entre deux bornes d'un dipôle. On parle alors de différence de potentiel électrique. Le courant descend les potentiels (sens conventionnel).

Les dipôles présentent une tension à leurs bornes lorsqu'ils sont dans un circuit (sauf exception faite du générateur qui a toujours une tension à ses bornes).
Le courant ne s'épuise pas en traversant les dipôles, par conséquent la quantité d'électrons ne s'épuisent pas. Le générateur joue simplement le rôle de "pompe à électrons" (c'est-à-dire, uniquement les mettre en mouvement).

Les dipôles consomment de l'énergie électrique préalablement fournie par le générateur.


Je crois que c'est à peu près tout en matière de connaissance de collège en électricité...
(à part les lois des circuits)



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