Physique-Chimie — Ondes et signaux
Signaux électriques
Tension, intensité, loi d'Ohm, puissance et énergie électrique
Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
Brancher une lampe, recharger un téléphone, faire tourner un moteur : tout circuit électrique repose sur une **boucle fermée** où circulent des charges. Deux grandeurs le décrivent. La **tension** $U$ (en $\mathrm{V}$), sorte de « dénivelé » électrique, se mesure au **voltmètre** branché en dérivation. L'**intensité** $I$ (en $\mathrm{A}$), le débit de charges, se mesure à l'**ampèremètre** branché en série. Pour une résistance, les deux sont liées par la **loi d'Ohm** $U = R \times I$. De là découlent la **puissance** $P = U \times I$ (en $\mathrm{W}$) et l'**énergie** $E = P \times t$ (en $\mathrm{J}$) — celle que ton fournisseur facture en $\mathrm{kWh}$.
Un circuit est une **boucle fermée** de dipôles reliés par des fils conducteurs. Deux grandeurs y règnent : la tension, qui mesure l'écart d'énergie électrique entre deux points, et l'intensité, qui mesure le débit de charges. Chacune a son appareil et son branchement bien précis.
- **Tension** $U$ : différence de potentiel entre deux points, en **volts** ($\mathrm{V}$).
- Elle se mesure au **voltmètre** branché en **dérivation** (en parallèle) aux bornes du dipôle.
- **Intensité** $I$ : débit de charges électriques, en **ampères** ($\mathrm{A}$).
- Elle se mesure à l'**ampèremètre** branché en **série** dans le circuit.
- **Sens conventionnel** du courant : de la borne $+$ vers la borne $-$ à l'extérieur du générateur.
Exemple
Pour étudier une lampe, on place le voltmètre **en parallèle** à ses bornes et on insère l'ampèremètre **en série** dans la boucle. Si le voltmètre affiche $U = 6\ \mathrm{V}$ et l'ampèremètre $I = 0{,}5\ \mathrm{A}$, la lampe est parcourue par $0{,}5\ \mathrm{A}$ sous une tension de $6\ \mathrm{V}$.
Piège à éviter
Ne jamais brancher l'**ampèremètre en dérivation** : sa très faible résistance provoquerait un court-circuit. L'ampèremètre va **en série**, le voltmètre **en dérivation**.
Un **conducteur ohmique** (une résistance) obéit à une règle simple : la tension à ses bornes est **proportionnelle** à l'intensité qui le traverse. Le coefficient de proportionnalité est sa **résistance** $R$, qui mesure son opposition au passage du courant.
- **Loi d'Ohm :** $U = R \times I$ pour un conducteur ohmique.
- $R$ est la **résistance**, en **ohms** ($\Omega$).
- La **caractéristique** $U = f(I)$ est une **droite passant par l'origine**.
- La **pente** de cette droite vaut $R$.
- On peut isoler chaque grandeur : $R = \dfrac{U}{I}$ et $I = \dfrac{U}{R}$.
Exemple
Une résistance $R = 100\ \Omega$ est traversée par $I = 0{,}2\ \mathrm{A}$. La tension à ses bornes vaut $U = R \times I = 100 \times 0{,}2 = 20\ \mathrm{V}$. Inversement, sous $U = 20\ \mathrm{V}$, le courant est $I = \dfrac{U}{R} = \dfrac{20}{100} = 0{,}2\ \mathrm{A}$.
Piège à éviter
Attention aux **unités** : dans $U = R \times I$, $U$ est en $\mathrm{V}$, $R$ en $\Omega$ et $I$ en **ampères**. Convertis d'abord $250\ \mathrm{mA}$ en $0{,}25\ \mathrm{A}$ avant de calculer.
Dès que plusieurs dipôles partagent un circuit, deux lois organisent les tensions et les intensités. Tout dépend du montage : **série** (un seul chemin pour le courant) ou **dérivation** (plusieurs branches en parallèle).
- **En série :** l'**intensité** est la **même** dans tous les dipôles.
- **Loi d'additivité des tensions** (série) : $U_{\text{totale}} = U_1 + U_2 + \dots$
- **En dérivation :** la **tension** est la **même** aux bornes de chaque branche.
- **Loi des nœuds** (dérivation) : somme des intensités entrantes $=$ somme des intensités sortantes.
- Repère le montage d'abord : **un seul chemin** $=$ série, **plusieurs branches** $=$ dérivation.
Exemple
Deux lampes en série sous une tension totale $U = 9\ \mathrm{V}$ : si la première reçoit $U_1 = 5\ \mathrm{V}$, la seconde reçoit $U_2 = U - U_1 = 9 - 5 = 4\ \mathrm{V}$. Le courant, lui, est **identique** dans les deux lampes.
Piège à éviter
Ne mélange pas les deux lois : en **série** c'est l'**intensité** qui est commune (les tensions s'ajoutent) ; en **dérivation** c'est la **tension** qui est commune (les intensités s'ajoutent au nœud).
Un dipôle qui fonctionne **consomme** (ou fournit) de l'énergie. La **puissance** dit à quel rythme, l'**énergie** dit combien au total sur une durée. C'est cette énergie que mesure le compteur électrique, exprimée en kilowattheures sur la facture.
- **Puissance :** $P = U \times I$, en **watts** ($\mathrm{W}$).
- Pour une résistance : $P = R\,I^{2} = \dfrac{U^{2}}{R}$.
- **Énergie :** $E = P \times t$, en **joules** ($\mathrm{J}$) si $t$ est en **secondes**.
- Unité pratique : $1\ \mathrm{kWh} = 3{,}6 \times 10^{6}\ \mathrm{J}$ (sur les factures d'électricité).
- Une puissance plus forte **ou** une durée plus longue $\Rightarrow$ plus d'énergie consommée.
Exemple
Un radiateur de $P = 2\,000\ \mathrm{W}$ fonctionne pendant $t = 3\ \mathrm{h}$. L'énergie vaut $E = P \times t = 2\ \mathrm{kW} \times 3\ \mathrm{h} = 6\ \mathrm{kWh}$, soit en joules $E = 6 \times 3{,}6 \times 10^{6} = 2{,}16 \times 10^{7}\ \mathrm{J}$.
Piège à éviter
Pour obtenir des **joules**, le temps doit être en **secondes** dans $E = P \times t$ ($P$ en $\mathrm{W}$, $t$ en $\mathrm{s}$). Si tu gardes les heures, tu obtiens des $\mathrm{Wh}$, pas des $\mathrm{J}$.
Quiz - Signaux électriques
10 questions
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Notions clés — Physique-Chimie
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Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur Signaux électriques, extraits du quiz de révision.
La tension électrique se mesure avec :
Réponse :
Un voltmètre en dérivation
La tension $U$ (en $\mathrm{V}$) se mesure au voltmètre branché en **dérivation** (en parallèle) aux bornes du dipôle.
L'intensité du courant se mesure avec :
Réponse :
Un ampèremètre en série
L'intensité $I$ (en $\mathrm{A}$) se mesure à l'ampèremètre branché en **série** dans le circuit, là où passe le courant à mesurer.
La loi d'Ohm pour un conducteur ohmique s'écrit :
Réponse :
$U = R \times I$
La loi d'Ohm relie tension et intensité par la résistance : $U = R \times I$, avec $U$ en $\mathrm{V}$, $R$ en $\Omega$ et $I$ en $\mathrm{A}$.
L'unité de la résistance électrique est :
Réponse :
L'ohm ($\Omega$)
La résistance $R$ s'exprime en **ohms**, de symbole $\Omega$. Le volt mesure la tension, l'ampère l'intensité, le watt la puissance.