Cours PC TRC Francais (WWW - Pc1.ma) [PDF]

Zitiervorschau

:::3&0$

SOMMAIRE

Electricité

    

Courant électrique Tension électrique.. Conducteurs ohmiques Caractéristiques de quelques dipôles passifs Caractéristiques de quelques dipôles actifs

Chimie

 La quantité de matière  La concentration molaire  Transformations chimiques et Avancement d'une réaction chimique

Bensad salaheddine

Page 2

Le courant électrique continu I. Phénomène d’électrisation I. Expériences Experience 1

 Le bâton d’ébonite frotté devient capable d’attirer la boule légère : on dit qu’il est électrisé ou chargé d’électricité  Le frottement est la cause de l’électrisation. 2. Deux espèces d électricité 2-1. Expérience  on électrise un baton en ébonite par frottement contre une peau de chat  on électrise un baton en verre par frottement contre un morceau de soie

2-2. Conclusion  On distingue deux types des charges électriques : des charges positives et des charges négatives  Par convention, l’électricité qui apparaît sur le bâton de verre est notée positivement (+) et celle qui apparaît sur le bâton d ébonite est notée négativement (-).  Deux corps chargés d électricité de même signe se repoussent;  Deux corps chargés d électricité de signes contraires s attirent

II. courant électrique 1. 1-1.

Nature du courant électrique Nature du courant électrique dans les conducteurs métalliques

 Dans les métaux les électrons libres se déplaçant. Ils circulent de la borne moins vers la borne plus à l'extérieur du générateur.  Ce mouvement d’électrons constitue le courant électrique. 1-2. Nature du courant dans les solutions électriques a. Experience Bensad salaheddine

Page 3

On réalise l’expérience suivante

b. Observation  Les ions cuivre Cu2+, de couleur bleue, se sont déplacés dans le sens du courant, vers la borne – du générateur.  Les ions permanganate MnO4-, de couleur violette, se sont déplacés dans le sens opposé à celui du courant, vers la borne + c. Conclusion  Dans un électrolyte il n’y a pas d’électrons libres. La circulation du courant électrique est expliquée par un double déplacement des ions.  Les ions positifs se déplacent vers l’électrode reliée à la borne négative de la pile appelée cathode  les ions négatifs vers l’électrode reliée à la borne positive de la pile ou anode Remarque  Un conducteur est un corps dans lequel les charges électriques peuvent se déplacer (exemple: les métaux).  Un isolant est un corps dans lequel les charges électriques ne peuvent pas circuler (exemple: verre, matière plastique). 2. Définition du courant électrique Le courant électrique est un mouvement de porteur de charges. Dans les métaux les porteurs mobiles sont les électrons, dans les solutions électrolytes, les porteurs mobiles sont des ions (positifs et négatifs). 3. Intensité du courant électrique 3-1. quantité d’électricité La quantité d’électricité Q (grandeur positive) est la valeur absolue de charges électriques déplacées par les porteurs mobiles des charges.  Q : quantité d’électricité s’exprime en coulombs (C)  n : Le nombre de porteurs de charge  : Le nombre de charge élémentaire pour chaque porteur de charge  e : La charge élémentaire e =1,6.10−19C = Remarque. La charge élémentaire est La quantité d’électricité élémentaire 3-2. Intensité du courant électrique  l'intensité du courant est la quantité d'électricité (La charge) qui traverse la section du conducteur par unité de temps  L’intensité du courant est la charge transportée par seconde à travers une section d’un conducteur. Bensad salaheddine

Page 4

a. Formule pour calculer l’intensité du courant L’intensité est égale à la quantité d’électricité qui circule pendant l’unité de temps : I=

b. Sens conventionnel du courant électrique Par convention le courant électrique circule de la borne positive à la borne négative à l’extérieur du générateur. Il est représenté par une flèche 3-3. Mesure de l intensité du courant Pour mesurer l’intensité du courant électrique, on utilise un ampèremètre Symbole normalisé d’un ampèremètre

On distingue deux types d ampèremètres:  les ampèremètres à aiguille  les ampèremètres à affichage numérique ou multimètre  Pour mesurer l’intensité du courant qui circule dans une branche de circuit électrique on branche l’ampèremètre en série avec l’appareil électrique. Le courant doit pénétrer l’ampèremètre par sa borne positive. (A)  Pour éviter d’Endommager l’ampèremètre. on commence donc par le calibre le plus grand. On baisse le calibre, si possible, pour obtenir un affichage suffisamment précis.  plus la valeur mesurée est proche de la valeur du calibre utilisé, plus la mesure est précise. Remarque Le calibre C correspond la valeur maximale de l’intensité de courant mesuré par l’ampèremètre a. Mesure par ampèremètre analogique ou à aiguille

L’intensité du courant mesurée par l’ampèremètre est Bensad salaheddine

Page 5

a-1. L’incertitude absolue Définition  L'incertitude absolue est l'écart maximum possible entre la mesure et la valeur exacte.  L’incertitude absolue d’un ampèremètre est déterminée par la relation suivante C : calibre utilisé Classe: est une donnée technique de constructeur indiqué sur l’appareil  La valeur exacte se trouverait donc à l'intérieur du domaine délimité par (I = I mesuré ± ∆I ) a-2. L’incertitude relative ou précision de mesure Définition L'incertitude relative permet de comparer la précision de différentes mesures. La mesure la plus précise est celle dont l'incertitude relative est la plus faible L'incertitude relative Définie par le quotient : (à multiplier par 100 pour l’avoir en pourcentage) b. Mesure par ampèremètre

a-1Choix du calibre et précision de la mesure :  Chaque calibre est la valeur maximale qui peut être mesurée pour la position choisie du curseur.  Exemples : - si le curseur est en position 20mA, l’intensité maximale que peut mesurer l’ampèremètre est 20mA.  Attention : si la valeur est supérieure au calibre utilisé, le multimètre risque d’être endommagé. a-2. L’incertitude absolue

III. Propriétés du courant électrique 1. Loi d’un unicité de courant Montage en série Le montage en série est le montage où tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres. Bensad salaheddine

Page 6

Les ampèremètres A1, A2, et A3 indiquent la même valeur. Énoncé: L’ intensité du courant est la même en tout point d un circuit série 2. loi des nœuds Montage parallèle (montage en dérivations) Un circuit est en dérivation ou parallèle si celui-ci est formé de plusieurs boucles

 La lampe L1 est traversée par un courant d'intensité I1=93,6 mA.  La lampe L2 est traversée par un courant de I2=43,8 mA environ.  Le courant dans la branche principale (générateur) a une intensité de 137,3 mA environ On observe toujours la relation suivante: I1 =I2+ I3 Énoncé: Dans un circuit avec dérivations, l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées. Loi de nœuds  un nœud est un point commun à plusieurs boucles  La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui partent

Exercices Exercice1 On mesure un courant de 1 ampère dans un fil. La charge électrique d'un électron est qe = - 1,6. 10-19 C 1. Calculer le nombre d'électrons passant à un endroit donnée du fil en une seconde. 2. Indiquer dans quel sens se déplace les électrons Exercice2 On donne : la charge élémentaire qe = - 1,6. 10-19 C. On électrise un bâton d’ébonite (A) en le frottant par un tissu en laine ? le bâton porte alors une charge électrique négative q B = -32. 10 -18C. 1. Dire si (A) a gagné ou a cédé des électrons pendant le frottement. 2. Calculer le nombre d’électrons mis en jeu. 3. Donner alors la charge portée par le tissu en laine

Bensad salaheddine

Page 7

Exercice3 Un courant continu a une intensité I = 0,4 A. 1. Calculer la quantité d'électricité Q débitée en 8 secondes. 2. Déterminer le nombre d'électrons (n) traversant une section du conducteur pendant ce temps. 3. On désire mesurer un courant de 300mA à l'aide d'un ampèremètre dont le cadran comporte 100 divisions. Les calibres de l'ampèremètre sont les suivants: 320A; 350mA; 50mA. 3-1. Comment doit-on brancher l'ampèremètre dans le circuit? 3-2. Quel calibre doit-on choisir; justifier la réponse. 3-3. Sur quelle graduation se fixera l'aiguille de l'ampèremètre? Exercice4 On considère le circuit de la figure ci-contre 1. Sachant que la quantité d’électricité Q qui traverse la section du fil AF pendant une minute est Q = 30 C. 1-1. Calculer le nombre d’électrons qui traverse cette section pendant la même durée. 1-2. En déduire la valeur de l’intensité du courant I1qui traverse la lampe L1. 2. L’ampèremètre A comporte 100 divisions et possède les calibres suivant : 5 A ; 1 A ; 300 mA ; 100 mA. 2-1. Quel est le calibre le plus adapté pour la mesure de l’intensité I1? 2-2. Devant quelle division l’aiguille de l’ampèremètre s’arrête-t-elle ? 3. L’intensité débité par le générateur est 0,8 A. 3-1. Quels sont les points qui sont considérés comme des nœuds ? 3-2. Indiquer le sens du courant dans chaque branche. 3-3. Déterminer les valeurs des intensités qui traversent les lampes L2, L3 et L4. Exercice5 On dispose d’un ampèremètre de la figure ci-contre mesurant l’intensité d’un courant électrique. En observant les réglages, répondre aux questions suivantes. 1. Mesure-t-on l’intensité d’un courant continu ? 2. Quel est le calibre utilisé ? 3. Sur quelle échelle a-t-on avantage à lire ? 4. Déterminer la valeur de l’intensité I. Exercice6 Compléter les tableaux suivants (C : Calibre ; n : nombre de division indiqué par l’aiguille ; n0 : nombre de division de cadran)

C= ; n=

; n0 =

Bensad salaheddine

; I=

C= ; n=

; n0 =

; I=

C= ; n=

; n0 =

; I=22mA Page 8

La tension électrique I. tension électrique 1. Les potentiels électriques Chaque point d’un circuit se caractérise par son état électrique, c'est-à-dire sa charge soit positive soit négative par rapport à un état de référence. Cet état se nomme le potentiel électrique, il est noté V et s’exprime en volts 2. Définition de la tension électrique La tension électrique est la grandeur physique qui exprime la différence de potentiel (ddp) entre deux points d’un circuit électrique. Le symbole de cette grandeur physique est U, son unité est le volt (V). La tension électrique UAB est la différence de potentiels VA et VB entre les points A et B alors UAB = VA - VB en volts [V] VA Le potentiel électrique au point A en volts [V] VB Le potentiel électrique au point B en volts [V] 3. Représentation de la tension électrique Sur un schéma électrique la tension électrique est représentée par une flèche, la tension est positive si :  La pointe de la flèche désigne le potentiel le plus élevé  L’autre bout de la flèche indique le potentiel le moins élevé  si le courant circule de A vers B VA > VB  UAB>0  si le courant circule de B vers A VA < VB  UAB