Cours en ligne physique chimie en Première

Chapitres physique-chimie en Première

Cours sur les aspects énergétiques des phénomènes électriques en 1ère

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Résumé de cours Exercices et corrigés

Cours en ligne de physique chimie en Première

Ce cours gratuit de physique chimie en 1ère sur les aspects énergétiques des phénomènes électriques vous permettra de travailler sur les notions suivantes : courant électrique et dipôles, puissance électrique et convertisseurs. En plus de ces cours, vous pouvez via notre plateforme avoir accès à des profils de profs de physique chimie niveau première pour exceller.

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Cours sur le courant électrique et dipôles en 1ère

1. Le courant électrique est le déplacement de porteurs de charge.

Ces porteurs de charge peuvent être des ions positifs ou négatifs au sein d’une solution (on parle alors d’électrolyte) ou des électrons dans les métaux conducteurs d’électricité.

On caractérise le courant électrique par son intensité $I$ exprimée en ampères (A)

C’est le débit de charges électriques à travers le conducteur

$i=\dfrac{Q}{\Delta t}$

où $Q$ est la charge électrique exprimée en coulombs (C) circulant dans le conducteur pendant la durée $\Delta t$ exprimée en secondes.

L’intensité du courant est « algébrique », c’est-à-dire qu’elle peut être positive ou négative.

La convention est que le sens du courant est celui du déplacement des charges négatives.

AInsi, si on mesure l’intensité du courant dans un sens donné

* si les porteurs de charge sont positifs et qu’ils circulent dans ce sens, $I > 0$

* si les porteurs de charge sont des électrons (négatifs) et qu’ils circulent dans ce sens, $I < 0$

* si les porteurs de charge sont positifs et qu’ils circulent dans le sens inverse, $I < 0$

* si les porteurs de charge sont des électrons (négatifs) et qu’ils circulent dans le sens inverse, $I < 0$

Exemple : Courant électrique

Un courant électrique d’intensité $I=10~\mathrm{mA}$ circule dans un fil conducteur pendant 1/4 d’heure.

a. Quelle est la charge électrique totale $Q$ qui a circulé dans le fil ?

b. Combien d’électrons cela représente-t-il sachant que la charge de l’électron vaut

$e=-1,6\cdot 10^{-19}~\mathrm{C}$

Corrigé de l’exemple :

a. $Q=I\cdot\Delta t=0,010\times 15\times 60=9,0~\mathrm{C}$

b. La charge des électrons étant négative, les électrons circulent dans le sens inverse du sens dans lequel on a mesuré $I$

$N=\dfrac{Q}{e}=5,6\cdot 10^{19}~\mathrm{C}$

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2. Un dipôle est un objet parcouru par un courant électrique, avec deux pôles distincts.

L’intensité du courant qui arrive en l’un des pôles est la même que celle du courant qui repart de l’autre pôle. On l’appelle simplement « intensité du courant traversant le dipôle ».

La tension électrique entre les deux pôles dépend du dipôle et de la valeur de l’intensité $I$ . On l’appelle la « tension aux bornes du dipôle ».

L’intensité est marquée par une flèche sur l’un ou l’autre des deux fils.

La tension est marquée par une grande flèche extérieure au dipôle entre chacune des deux bornes.

Deux fléchages sont possibles.

* Pour un dipôle récepteur, qui reçoit de l’énergie électrique et la convertit en une autre forme d’énergie, les deux flèches sont en sens opposés : c’est la convention récepteur. Cette convention permet d’avoir en général $i$ et $u$ toutes les deux positives.

* Pour un dipôle générateur, qui fournit de l’énergie électrique au circuit, les deux flèches sont de même sens : c’est la convention générateur. Cette convention permet d’avoir en général $i$ et $u$ toutes les deux positives.

3. Dipôle ohmique

Un dipôle ohmique est un dipôle récepteur.

Il est représenté par un rectangle.

Il est caractérisé par sa résistance $R$ exprimée en ohms ( $\Omega$ )

La loi d’Ohm s’écrit pour ce dipôle (en convention récepteur)

$U=RI$

4. Générateurs de tension

* Un générateur idéal de tension assure une tension à ses bornes $U=E$ quelle que soit la valeur de l’intensité $I$ qui le traverse.

$E$ est la force électromotrice du générateur idéal de tension., elle s’exprime en volts (V).

* Un générateur réel de tension peut être en général modélisé par l’association en série d’un générateur idéal de tension de force électromotrice $E$ et d’un dipôle ohmique de résistance $r$ .

$E$ est la force électromotrice (fém en abrégé) exprimée en volts (V) du générateur et $r$ sa résistance interne, exprimée en ohms ( $\Omega$ ).

On en déduit la loi du générateur réel ainsi modélisé (en convention générateur)

$U=E-rI$

5. Les dipôles les plus simples, comme le générateur idéal, le générateur réel et le dipôle ohmique, sont caractérisés par une relation algébrique entre tension et intensité.

La courbe représentative de la loi donnant $U$ en fonction de $I$ est appelée la caractéristique du dipôle.

Aspects énergétiques des phénomènes électriques 1ère : Puissance électrique

1. La puissance électrique $\mathcal{P}$ d’un dipôle vaut

$\mathcal{P}=UI$

elle est exprimée en watts (W), $U$ est en volts et $I$ en ampères.

* Pour un dipôle récepteur, en convention récepteur, $\mathcal{P} > 0$ est la puissance électrique reçue par le dipôle

* Pour un dipôle générateur, en convention générateur, $\mathcal{P} > 0$ est la puissance électrique fournie par le dipôle au circuit.

2. Lorsqu’un dipôle de puissance $\mathcal{P}$ fonctionne pendant une durée $\Delta t$ alors il reçoit ou fournit une énergie électrique

$\mathcal{E}=\mathcal{P}\Delta t$

Elle est exprimée en joules (J)

Exemple : Calculer la masse molaire moléculaire de l’eau de formule $\mathrm{H_2O}$ .

Correction : $M_{H_2O}=2M_H+M_O=18~\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$

Effet Joule

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Aspects énergétiques des phénomènes électriques : Convertisseurs

1. Dans un circuit électrique, le générateur fournit de l’énergie électrique aux autres dipôles récepteurs.

Chacun de ces récepteurs convertit l’énergie électrique qu’il reçoit en une autre forme d’énergie, thermique, lumineuse, sonore, etc.

Exemple : Dipôle

Citez un dipôle réalisant chacune des trois conversions citées

Corrigée de l’exemple :

* conversion électrique-thermique : dipôle ohmique

* conversion électrique-lumineuse : diode électroluminescente (DEL) ou lampe

* conversion électrique-sonore : haut-parleur.

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2. Rendement d’un convertisseur

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