Avant d’attaquer le cœur du sujet,
je dois vous prévenir qu’on va parler d’électricité,
et donc il va falloir faire appel à vos souvenirs d’école
(si vous en avez encore)…
Au cas où, voici quelques petites notions, et même une tentative
d’explication des paramètres de base pour ceux qui n’y connaissent rien.
Je demande à ceux qui maîtrisent les bases de passer ce chapitre car je
vais utiliser des raccourcis et énoncer des choses pas toujours
correctes du point de vue scientifique. Mais le but est de dégager une
idée qui soit parlante pour tout le monde.
Pour tenter de comprendre les diverses grandeurs physiques de
l’électricité je vais les mettre en parallèle avec l’hydraulique de
base. De l’eau qui coule dans un tuyau c’est, pour beaucoup de
personnes, souvent plus parlant que des électrons qui circulent dans un
fil de cuivre.
Un circuit électrique ne peut fonctionner que si il est fermé sur lui même. Il y a un fil qui amène le courant et un autre qui lui permet de repartir.
C’est un peu comme un système de chauffage central, où l’eau circule en circuit fermé. Il y a un tuyau qui apporte l’eau chaude et un autre qui rapatrie l’eau refroidie. La chaudière est le générateur, le radiateur est le récepteur. En électricité on parle de pôle plus (positif) et de pôle moins (négatif) ou de borne + et de borne -. On peut comparer ça dans notre circuit de chauffage à la connexion au tuyau eau chaude (+) et à la connexion au tuyau eau refroidie (-).
Il y a trois grandeurs principales qui caractérisent le fonctionnement d’un circuit électrique :
Le courant :
Le courant électrique c’est le nombre d’électrons qui circulent dans le câble.
On peut l’assimiler à la quantité d’eau qui circule dans un tuyau.
Dans les textes et les formules le courant est très souvent symbolisé par la lettre I.
L’unité de mesure du courant est l’Ampère symbolisé par un A majuscule.
Un sous-multiple que j’utiliserai souvent le milliampère (mA). 1000mA = 1A.
Le courant se mesure en mettant l’appareil en série dans le circuit. On mesure ce qui passe dans les fils. Sur les schémas il se représente par une petite flèche sur le fil.
La tension :
En fait le vrai nom est » différence de potentiel « , mais on utilise généralement le terme de tension électrique. C’est la » force » potentielle du courant électrique.
On peut la comparer à la pression de l’eau au robinet. Plus il y a de pression, plus l’eau a de la force.
Plus la tension du courant électrique est élevée, plus ce courant sera puissant.
Dans les textes et les formules la tension est très souvent symbolisée par les lettres U, E ou V.
L’unité de mesure de la tension est le Volt, symbolisée par un V majuscule.
Là aussi sous-multiple utilisé le millivolt (mV). 1000mV = 1V.
La tension se mesure entre deux points du circuits, entre deux pôles, ou entre deux bornes. En fait elle se mesure entre deux potentiels , c’est pour cela que son nom est la différence de potentiel. Dans les schémas elle est représentée par une flèche allant d’un point de mesure à l’autre, dont la pointe est tournée vers le pôle le plus positif.
La résistance :
C’est en fait la grandeur qui lie les deux autres. Si les deux premières grandeurs sont liées au générateur, celui qui fourni le courant, la résistance elle est plutôt liée au récepteur, celui qui utilise le courant. La résistance c’est la propriété qu’a un matériel de s’opposer au passage du courant.
On peut la comparer au diamètre d’un tuyau. Plus le tuyau est petit, plus il s’oppose au passage de l’eau.
Dans les textes et les formules la résistance est très souvent symbolisée par la lettre R.
L’unité de mesure de résistance est l’Ohm symbolisée par la lettre grecque Ω.
On utilise beaucoup le multiple kilo ohms kΩ. 1kΩ = 1000Ω.
et le sous multiple le milliohm mΩ. 1 mΩ = 0,001Ω
Voici maintenant les formules ou lois mathématiques qui relient ces grandeurs
La loi d’Ohm :
La relation qui unie ces trois grandeurs c’est la loi d’Ohm :
U = R x I.
La tension est égale au produit de la résistance par le courant.
Pour saisir cette relation imaginez votre robinet ouvert à fond (résistance faible). Il y a la pression du château d’eau, alors ça coule très fort (le courant est important). Si vous fermez le robinet de moitié (la résistance est plus importante), l’eau coule plus faiblement (le courant diminue). Maintenant imaginez un problème au château d’eau, il est presque vide. Alors la pression au robinet diminue fortement (la tension a diminué). Même si vous ouvrez en grand (résistance faible) le débit d’eau sera faible (le courant sera faible).
La loi de Pouillet :
Cette loi est liée aux générateurs. Malheureusement dans la vrai vie
un générateur n’est pas idéal. Il ne peux pas fournir sous une tension
donnée un courant infini. Les générateurs ont une résistance interne qui
induit une chute de la tension de sortie proportionnellement au courant
débité. La résistance interne est une des caractéristiques du
générateur, elle est souvent symbolisée par un petit r. L’autre
caractéristique principale d’un générateur est sa tension à vide
symbolisée par la lettre E. La tension à vide est la tension qu’on peut
mesurer aux bornes du générateur quand celui-ci ne débite pas de
courant.
La relation de la loi est :
U = E – r x I
U étant la tension disponible aux bornes du générateur en fonction du courant débité I.
Pour faire l’analogie avec l’hydraulique, imaginez notre robinet ouvert à fond. Avez vous remarqué que si vous ouvrez un deuxième robinet dans la maison, la pression diminue aux deux robinets. C’est parce que le diamètre du tuyau qui alimente la maison n’est pas plus gros que celui de chaque robinet. L’alimentation en eau de la maison n’est pas capable de faire débiter à fond les deux robinets elle offre un résistance au débit. C’est ça la résistance interne. Pour que ce phénomène ne se produise pas il faudrait que le diamètre de l’alimentation soit au moins égal à la somme des diamètres des deux robinets, donc que la résistance interne soit plus faible.
Pour conclure plus le générateur devra débiter du courant plus la tension disponible diminuera. C’est souvent un problème. Une des qualités d’un bon générateur c’est d’avoir une faible résistance interne pour éviter que cette chute de tension soit trop grande. Nous verrons que c’est une caractéristique importante des accumulateurs et batteries.
Pour terminer avec ce sujet je vais aborder les termes de « tension à vide » et « tension en Charge » qui seront couramment utilisés dans ce document.
La tension à vide c’est E ( tension mesurée aux bornes de l’accu quand il ne débite aucun courant ).
La tension en charge c’est U ( tension mesurée aux bornes de l’accu quand il débite du courant ).
Voilà, ces quelques notions devraient vous permettre une première approche de ces chers accumulateurs d’électricité.
Vous pouvez aussi aller réviser vos bases d’électricité sur le très bon site VOLTA-Electricité .