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Définition du courant continu
Pour comprendre le concept d'un circuit à courant continu, il faut d'abord comprendre ce qu'est exactement le courant continu.
Dans un circuit électrique fermé, le courant \(I\) circule uniquement s'il existe une différence de potentiel \(V\) entre les pôles de la source d'énergie. Cette différence de potentiel peut être obtenue et maintenue en effectuant un travail réalisé par des forces extérieures.
L'un des moyens d'y parvenir est de convertir l'énergie chimique en énergie électrique par le biais de réactions chimiques. Celles-ci se produisent dans les électrolytes, qui sont des produits chimiques qui conduisent l'électricité en raison de la présence d'ions chargés positivement et négativement. Lorsque des électrodes de deux métaux différents sont immergées dans un électrolyte, les ions transfèrent des charges électriques entre les électrodes, créant ainsi une différence de potentiel entre elles. Dans ce cas, le travail effectué se fait au détriment de l'énergie chimique du système.
C'est ainsi quefonctionnent toutes les piles et batteries voltaïques, ce qui donne ce que l'on appelle une tension continue qui induit un courant continu .
Le courant continu(CC) est le flux de charge électrique dans une seule direction.
Appliquons maintenant ce concept à un circuit simple .
Signification d'un circuit à courant continu
Dans un circuit à courant continu, le courant circule de laborne positive à laborne négative de la batterie. La direction constante du courant est représentée dans la figure 1 ci-dessous.
Il s'agit de la circulation conventionnelle du courant. En réalité, les électrons chargés négativement sont attirés par l'extrémité chargée positivement de la batterie, de sorte que les électrons se déplacent à l'opposé du flux de courant défini.
Fig. 1 - Le flux de charge dans un circuit de courant continu est toujours dans le même sens.
Il s'agit d'une représentation très basique de ce à quoi peut ressembler un circuit à courant continu. Il se compose de trois éléments clés nécessaires au fonctionnement d'un circuit : une source d'énergie (une pile), un consommateur d'énergie (une résistance) et des voies conductrices (des fils) .
Dans un monde idéal, la source d'énergie et les chemins conducteurs auraient une résistance interne négligeable. De tels éléments sont connus sous le nom de piles idéales et de fils idéaux. Même si ces types d'éléments n'existent pas, nous pouvons faire des hypothèses raisonnables en fonction des circonstances.
Si le circuit contient d'autres éléments ayant une résistance, nous pouvons ignorer la résistance interne des fils, car elle est comparativement minime. La résistance interne d'une pile idéale peut être déterminée en mesurant la différence de potentiel de la source d'énergie entre les bornes. Cette mesure est connue sous le nom de force électromotrice.
La forceélectromotrice est la quantité d'énergie qu'une pile fournit par unité de charge qui la traverse.
Elle est généralement désignée par \(\varepsilon\) ou "emf" et se mesure en volts (\(\mathrm{V}\)).
Les choses se compliquent à mesure que l'on ajoute des consommateurs à un circuit de courant continu. En général, il y a deux façons de connecter des éléments dans les circuits : en série et en parallèle. Examinons chaque type de façon plus approfondie.
Circuit à courant continu en série
La première façon d'assembler des éléments dans un circuit est en série.
Une connexionen série est une connexion dans laquelle les éléments du circuit sont connectés de telle sorte que toute charge passant par un élément doit passer par l'autre et n'a pas d'autre chemin disponible entre eux.
Dans un circuit en série à courant continu, le même courant \ (I\) circule à travers tous les composants, sans changer de direction .
Fig. 2 - Schéma d'un circuit en série composé de trois résistances .
Une différence de potentiel \ (V\) se produit sur chacun des éléments et diffère en fonction de leur résistance . La différence de potentiel totale peut être exprimée comme suit
\[ V_\text{series}=\sum_{i=1}^n V_i=V_1+V_2+ \dots,\]
où \(n\) indique le nombre de consommateurs.
Toutes les résistances de la connexion en série peuvent être remplacées par un consommateur équivalent, dont la différence de potentiel peut être trouvée en utilisant la résistance totale de toutes les résistances ensemble plutôt qu'individuellement. L'équation permettant de trouver la résistance totale d'une connexion en série est la suivante
\[R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i=R_1+R_2+ \dots.\]
Comme nous l'avons vu précédemment, dans le cas d'une batterie non idéale, nous devons également tenir compte de sa résistance interne. Pour ce faire, il suffit de considérer la source d'énergie comme une résistance supplémentaire connectée en série à la batterie et au circuit. Si un courant non nul circule dans le circuit, nous pouvons calculer la différence de potentiel entre les bornes de la batterie à l'aide de l'équation suivante :
\[\Delta V_\mathrm{terminal}=\varepsilon -Ir,\]
où \(\Delta V_\mathrm{terminal}\) est la différence de potentiel entre les bornes de la batterie, \(\varepsilon\) est la force électromotrice, \(I\) est le courant, et \(r\) est la résistance interne de la batterie.
Circuit parallèle à courant continu
L'autre type de circuit à considérer est le circuit parallèle.
Une connexionparallèle est une connexion dans laquelle les charges peuvent passer par l'un de deux chemins ou plus.
Le courant électrique \(I\), qui part du pôle positif de la source, est divisé entre tous les éléments, puis fusionne à nouveau au pôle négatif de la batterie. Même avec tous les chemins supplémentaires, la direction du flux de charges reste constante.
Fig. 3 - Schéma d'un circuit parallèle composé de trois résistances.
Dans un circuit parallèle, la différence de potentiel \(V\) est lamêmesur chaque chemin, fournie par la force électromotrice de la source d'énergie.Le courant total, quant à lui, est la somme des courants qui traversent les composants individuels:
\[ I_\text{parallèle}=\sum_{i=1}^n I_i=I_1+I_2+\dots,\]
où \(n\) indique à nouveau le nombre de consommateurs.
Enfin, la réciproque de la résistance totale est la somme des réciproques de toutes les résistances des consommateurs :
\[\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots.\]
Règles du circuit DC
Toutes les règles de circuit pertinentes pour ce sujet sont compilées dans le tableau ci-dessous.
Tableau 1 - Règles de circuit en courant continu.
| Nom | Équation | Variables |
| Loi d'Ohm | \(I=\frac{\Delta V}{R}\) | \(I\) - courant\(V\) - potentiel électrique\(R\) - résistance |
| Puissance dans un circuit électrique | \(P=I\Delta V= I^2R=\frac{\Delta V^2}{R}\) | \(P\) - puissance\(I\) - courant\(V\) - potentiel électrique\(R\) - résistance |
| Résistance dans un circuit parallèle | \(\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}= \sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i}\) | \N(R\N) - résistance |
| Résistance dans un circuit en série | \(R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i\) | \(R\N) - résistance |
| Différence de potentiel entre les bornes de la batterie | \(\Delta V_\mathrm{terminal}=\varepsilon -Ir\) | \(I\) - courant\(V\) - potentiel électrique\(\varepsilon\) - emf\(r\) - résistance interne |
| Changements d'énergie dans un circuit électrique | \(\Delta U_\mathrm{elec}=q\Delta V\) | \(U\) - énergie potentielle\(q\) - charge ponctuelle\(V\) - potentiel électrique |
| Règle de la boucle de Kirchhoff | \(\sum \Delta V = 0\) | \N(V\N) - potentiel électrique |
| Règle de jonction de Kirchhoff | \(\sum I_\mathrm{in}=\sum I_\mathrm{out}\) | \(I\) - courant |
Circuits alternatifs et circuits continus
Une autre façon dont le courant peut circuler est connue sous le nom de courant alternatif.
Le courant alternatif(CA) est le flux de charge électrique qui change périodiquement de direction .
Dans le circuit à courant alternatif affiché ci-dessous, au lieu d'une batterie, il y a une alimentation en courant alternatif. Elle crée des ondes de courant alternatif qui se déplacent d'avant en arrière, au lieu d'avoir une direction constante comme dans le cas du circuit à courant continu.
Fig. 4 - Le courant alternatif change périodiquement de direction.
Étant donné qu'il s'agit d'un événement périodique, le courant alternatif peut être décrit à l'aide de la fréquence, mesurée en hertz (\(\mathrm{Hz}\)). Elle quantifie le nombre de fois où le flux de charges change de direction par seconde.
Les circuits à courant alternatif sont couramment utilisés pour produire et transporter de l'électricité, ainsi que pour alimenter les moteurs électriques. Le réseau électrique nous fournit du courant alternatif, qui est ensuite converti en courant continu par l'intermédiaire d'adaptateurs, lors du chargement des batteries, par exemple.
Circuit de courant continu - Principaux points à retenir
- Le courant continu (CC) est le flux de charge électrique dans une seule direction.
- Les pilesidéales et les fils idéaux ont une résistance interne négligeable .
- On peut supposer que les fils sont idéaux si d'autres éléments du circuit ont une résistance.
- La force électromotrice est la quantité d'énergie qu'une batterie fournit à chaque charge qui la traverse.
- Une connexionen série est une connexion dans laquelle les éléments du circuit sont connectés de telle sorte que toute charge passant par un élément doit passer par l'autre et n'a pas d'autre chemin disponible entre eux.
- Une batterie non idéale peut être considérée comme une résistance connectée en série dans le circuit.
- Une connexionparallèle est une connexion dans laquelle les charges peuvent passer par l'un de deux chemins ou plus.
- Le courant alternatif (CA) est le flux de charges électriques qui changent périodiquement de direction .
Références
- Fig. 1 - Schéma d'un circuit à courant continu, StudySmarter Originals.
- Fig. 2 - Schéma d'un circuit en série, StudySmarter Originals.
- Fig. 3 - Schéma d'un circuit en parallèle, StudySmarter Originals.
- Fig. 4 - Schéma de circuit CA, StudySmarter Originals.
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