- il y a 10 mois
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Catalogue de vidéos disponibles : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1YyOoi0plYR197o06WGSnkBBsEnFOnrWhrU4VphcoaZ4/edit
Exercices disponibles ici : https://drive.google.com/drive/folders/1tD5g_eP5G56RX8lX8kwDDvBGLKSf1Mox?usp=sharing
Que la Forge soit avec toi !..
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00:08Catalogue de vidéos, classement par onglet.
00:11Lien accessible à l'endroit habituel.
00:14Que la forge soit avec toi.
00:30Mais respect à tout le monde, bienvenue dans la forge du quantum.
00:35Aujourd'hui, atelier VOL numéro 4, Lois électriques.
00:39Et on commence sans plus attendre par voir les différences entre les circuits en série et les circuits en dérivation.
00:45C'est parti.
00:47Un circuit en série est un circuit dans lequel il n'y a qu'une seule boucle.
00:51Pour faire clair et simple, si tu pars d'un point du circuit et que tu le parcours, tu reviendras inexorablement sur ce point de départ.
00:58Une boucle est aussi appelée, maille, et elle sera composée d'une seule branche, qui contiendra fil de connexion, et ou un ou plusieurs dipôles.
01:07Un circuit en dérivation, appelé aussi, circuit en parallèle, est un circuit dans lequel il y aura plusieurs boucles, ou mailles, comme tu peux le constater sur l'illustration.
01:17Bien entendu, ce circuit sera composé de plusieurs branches.
01:20Dans le circuit en dérivation, la présence de nœuds de dérivation sera obligatoire, et ils correspondent à la connexion de plusieurs conducteurs, au minimum deux, sur un même point.
01:31Sur le schéma qui vient d'apparaître, ils sont représentés par ces gros points rouges sur le circuit.
01:37Dans ce cas, une maille du circuit contiendra forcément plusieurs de ces nœuds, au minimum deux, comme indiqué sur ce schéma.
01:43Les mailles bleues et vertes contiennent les deux nœuds rouges du circuit.
01:47On en vient à l'unicité des tensions et des intensités dans les circuits.
01:51On commence par le circuit en série.
01:54Première loi, celle de l'unicité de l'intensité, qui indique dans notre circuit que IG, égale à I1, égale à I2, égale à I3.
02:03Bref, une seule intensité parcourt la maille.
02:05Seconde loi, celle de l'additivité des tensions, qui stipule que UG, égale à I1, plus U2, plus U3.
02:13On y reviendra dessus quand on fera la loi des mailles.
02:16On termine par le circuit en dérivation.
02:19Première loi, celle de l'additivité des intensités, qui indique dans notre circuit que IG, égale à I1, plus I2.
02:26On y reviendra dessus quand on fera la loi des nœuds.
02:30Seconde loi, celle de l'unicité de la tension, qui stipule que UG, égale à I1, égale à U2.
02:36Bref, une seule tension dans la maille.
02:39Paragraphe suivant, dans lequel je vais aborder les lois de Kirchhoff, et on commence par la loi des nœuds.
02:45C'est parti.
02:46Elle est très simple.
02:48La somme des intensités entrant sur le nœud, est égale à celle des intensités qui y en sortent.
02:53Petite illustration colorée.
02:55Un nœud a 5 branches, moult intensités qui en arrivent, I1, I2, I4, et qui en partent, I3 et I5.
03:03Si tu appliques la loi des nœuds, tu auras I1, plus I2, plus I4, égale à I3, plus I5.
03:11Tu as vu, rien d'exceptionnel.
03:13Je te propose un petit exercice pour vérifier que tu as bien compris cette loi.
03:18Soit le schéma structuré si contre.
03:20On te donne des intensités du circuit à sa droite, valeur que je vais reporter dans ce circuit.
03:26I1 égale à 0,7 A, I2 égale à 0,3 A, I3 égale à 0,1 A, et I4 égale à 1 A.
03:35Déterminez le sens et la valeur de l'intensité respectivement des courants I5, I6, I7, I8, et I9.
03:43Oublie leur sens, on ne va s'occuper que de leur valeur.
03:45Mets la vidéo sur pause, trouve ces intensités en réfléchissant avec ton stylo,
03:51puis relance la vidéo pour avoir la solution, et te corriger si besoin.
03:56Go !
03:57A tout de suite !
03:58Correction de l'exercice, on va voir si tu as tout bon.
04:02Je te propose de le faire dans l'ordre d'itération croissante,
04:05et de commencer par I5, qui se trouve ici.
04:08Sur le nœud grand B, I1 sera égale à I2 plus I1, donc I5 sera égale à I1 moins I2, soit 0,4 A.
04:16Next.
04:18I6 se trouve là.
04:20Sur le nœud grand E, I6 plus I3 égale à I4, que je matérialise,
04:24ce qui implique que I6 sera égale à I4 moins I3, soit 0,9 A.
04:30Next.
04:30I7 se trouve à cet endroit.
04:34Sur le nœud grand A, I4 égale à I7 plus I1, donc I7 sera égale à I4 moins I1, soit 0,3 A.
04:41Next.
04:43I8 se trouve là.
04:45Sur le nœud grand F, I7 égale à I8 plus I3, par conséquent, I8 sera égale à I7 moins I3, soit 0,2 A.
04:53Next.
04:55I9 se trouve ici.
04:56Sur le nœud grand D, I9 plus I2, que je matérialise, égale à I6, donc I9 sera égale à I6 moins I2, soit 0,6 A.
05:06Et c'est tout.
05:08Avec méthode et minutie, tout a réussi.
05:11Paragraphe suivant, en lequel je vais aborder la seconde et dernière loi de Kirchhoff, celle des mailles, appelée aussi, loi d'additivité des tensions.
05:19C'est parti.
05:20La somme des tensions, effectuées en parcourant une maille, est nulle, ce qui se traduit en glyphes mathématiques par cette expression.
05:28On désigne un sens positif qui, par convention, sera donné par la tension au borne du générateur.
05:34Toutes tensions dirigées dans ce sens positif seront positives, et toutes tensions opposées à ce sens positif seront négatives.
05:42Petite illustration avec ce circuit simple.
05:44U1 est la tension de la pile, donc le sens positif sera celui-là, répété ici.
05:50U1 est dans ce sens, U2 et U3 opposés, donc U1, moins U2, moins U3, égale à 0.
05:57Bref, pas besoin de te compliquer la vie, n'est-il pas.
06:01S'il n'y a pas de générateur dans la maille, il faudra faire un choix arbitraire d'un sens positif.
06:07Petite illustration avec ce circuit, et on va se concentrer sur la maille contenant les trois résistances.
06:12Je décide unilatéralement que le sens positif sera celui-là, répété ici.
06:18U2 et U1 sont dans ce sens, U est opposé, donc U2, plus U1, moins U, égale à 0.
06:25Je te propose un petit exercice pour vérifier que tu as bien compris cette loi.
06:29Soit le schéma structuré ci-dessous.
06:31On te donne des tensions du circuit à sa droite, valeur que je vais reporter dans ce circuit.
06:37U égale à 15 volts, U1 égale à 2 volts, U2 égale à 4 volts, U4 égale à 3 volts, U6 égale à 1 volt, et U7 égale à 3 volts.
06:47Calculez toutes les autres tensions.
06:49Mets la vidéo sur pause, trouves ces tensions en réfléchissant avec ton stylo,
06:53puis relance la vidéo pour avoir la solution, et te corriger si besoin.
06:57Go !
06:59A tout de suite !
07:01Correction de l'exercice, on va voir si tu as tout bon.
07:05Focalise ton attention sur cette maille du circuit que j'entoure en violet, et que je vais reproduire ici.
07:10La tension du générateur, notée E, donne par convention le sens positif de la maille,
07:16représentée par ces deux grosses flèches rouges.
07:18En suivant ce sens, tu auras E, moins U1, moins U2, moins U3, égale à 0, donc E, moins U1, moins U2, égale à U3.
07:28Remplacement par les valeurs numériques, calcul, et U3 est égal à 9 volts.
07:33On revient sur le circuit complet, cette valeur calculée est reportée sur le schéma.
07:38Maintenant, focalise ton attention sur cette maille du circuit que j'entoure en violet, et que je vais reproduire ici.
07:45Pas de générateur dans la maille, je choisis unilatéralement un sens positif, représenté par ces deux grosses flèches rouges.
07:52En suivant ce sens, tu auras U3, moins U4, moins U5, égale à 0, donc U3, moins U4, égale à U5.
08:00Remplacement par les valeurs numériques, calcul, et U5 est égal à 6 volts.
08:05On revient sur le circuit complet, cette valeur calculée est reportée sur le schéma.
08:10Enfin, focalise ton attention sur cette maille du circuit que j'entoure en violet, et que je vais reproduire ici.
08:16Toujours pas de générateur dans la maille, je choisis unilatéralement un sens positif, représenté par ces deux grosses flèches rouges.
08:24En suivant ce sens, tu auras U5, moins U6, moins U7, moins U8, égale à 0, donc U5, moins U6, moins U7, égale à 8.
08:35Remplacement par les valeurs numériques, calcul, et U8 est égal à 2 volts.
08:40On revient sur le circuit complet, cette valeur calculée est reportée sur le schéma.
08:44Et la boucle est bouclée.
08:46Je te rassure, quel que soit le sens positif que tu auras choisi, tu trouveras les mêmes valeurs que moi, sauf si tu fais des erreurs de signe.
08:54Donc fais bien attention.
08:56Paragraphe suivant, qu'est-ce qu'une résistance électrique ?
09:00On la verra un peu plus en détail quand je traiterai le chapitre des codes couleurs sur les résistors, mais ça me semblait intéressant de t'en parler maintenant.
09:08C'est parti.
09:08En électricité, on appelle résistance l'aptitude d'un matériau conducteur à s'opposer au passage d'un courant électrique sous une tension électrique donnée.
09:18Petit schéma simpliste pour illustrer le propos.
09:20A gauche, aucune résistance dans le déplacement des électrons, contrairement à droite où leur écoulement est réduit à l'embouchure.
09:28Ce phénomène est l'une des causes de perte en ligne d'électricité, on va y revenir dans quelques secondes.
09:33Cette résistance est souvent désignée par la lettre R, son unité de mesure est l'ohm, de symbole oméga, la lettre grecque.
09:41Elle est responsable d'une dissipation d'énergie sous forme de chaleur, cette propriété portant le nom d'effet Joule, représenté par ce petit schéma.
09:49En rouge, les atomes de cuivre, en vert, les électrons libres qui se déplacent dans le fil, générant une perte thermique, les petites vaguelettes fléchées rouges au-dessus du résistor.
09:59Cette production de chaleur est parfois un effet souhaité, par exemple dans les résistances de chauffage, mais souvent, c'est un effet néfaste, ces pertes jouent, mais il est impossible de les éviter dans n'importe quel circuit électrique.
10:12La résistivité, notée grand R, et son inverse la conductance, notée grand G, dépendent fortement de la température.
10:20Lorsqu'un dipôle est traversé par un courant électrique, sa résistance provoque un échauffement qui modifie sa température, laquelle modifie sa résistance,
10:28et ainsi de suite.
10:30Par conséquent, la résistance, et la conductance, d'un dipôle dépend donc fortement des conditions d'utilisation.
10:37En clair, si tu veux une résistance ou une conductance constante, soit il faudra laisser chauffer le circuit un certain temps avant de l'utiliser, soit il faudra thermostater l'ensemble.
10:46La résistance a ceci de particulier que c'est une des rares caractéristiques physiques dont la plage de valeur peut aller de zéro, pour les supraconducteurs, à plus l'infini, pour les isolants parfaits, même dans la pratique.
10:59Paragraphe suivant, tu vas en entendre parler à chaque fois que tu feras de l'électricité, la célèbre et incontournable loi d'Ohm.
11:06C'est parti !
11:08Voici un petit circuit électrique au look cartoonesque qui va me servir de support à cette loi, dont la formule est la suivante.
11:15UR est égal à R fois I.
11:17Pas de panique, je vais en définir chaque terme.
11:20UR, que je matérialise en rouge au-dessus du résistor, est la tension à ses bornes, son unité est le volt.
11:28R est la valeur de la résistance électrique, exprimée en Ohm.
11:32A ce propos, dans un prochain atelier, je te montrerai comment déterminer cette valeur avec les anneaux de couleur peints sur son corps.
11:39I bien entendu, I, matérialisé par cette flèche bleue dans la branche, et l'intensité traversant cette résistance, son unité est en ampère.
11:47Très important, il est impératif de respecter les unités de chaque variable.
11:52La tension toujours en volt, l'intensité toujours en ampère, et la résistance toujours en Ohm.
11:58Si tu as une tension en mégavolt, une intensité en milliampère, ou une résistance en kilo-ohm, il va falloir les convertir et utiliser les puissances de 10 correspondantes.
12:08Attention à ne pas te tromper.
12:10Maintenant, comment relier ces trois variables pour exprimer l'une en fonction des autres ?
12:15Voici un moyen mnimo-technique sous forme de schéma.
12:19U au sommet, R à gauche, I à droite, et les signes entre ces lettres.
12:24Voilà comment ça s'utilise.
12:26Tu veux la tension.
12:28Facile, tu l'entoures, puis tu multiplies R avec I, et c'est logique puisque c'est la loi d'Ohm.
12:34Next.
12:35Tu veux la résistance.
12:37Facile, tu l'entoures, puis tu divises la tension par l'intensité, et tu calcules.
12:43Next.
12:43Tu veux l'intensité.
12:46Facile, tu l'entoures, puis tu divises la tension par la résistance, et tu calcules.
12:52Et c'est tout.
12:54Tu vois, rien de bien compliqué, il suffit juste d'appliquer les définitions.
12:59Pour te tester, je te propose un petit exercice, ça te permettra de vérifier que tu as bien compris cette loi.
13:05Trois questions, que voici.
13:07Petit 1, on applique une tension de 220 volts au borne d'un conducteur ohmique de résistance 330 ohm.
13:14Quelle est l'intensité du courant électrique ?
13:17Petit 2, l'intensité du courant qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 ohm est de 0,17 ampère.
13:23Calculez la tension appliquée en resse borne.
13:27Petit 3, un courant de 332 mA traverse un conducteur ohmique lorsque la tension en resse borne est de 9 volts.
13:35Calculez la valeur de la résistance du conducteur ohmique.
13:39Mets la vidéo sur pause, trouve les informations demandées en réfléchissant avec ton stylo, puis relance la vidéo pour avoir les solutions, et te corriger si besoin.
13:47Go !
13:49A tout de suite !
13:51Correction de l'exercice, on va voir si tu as tout bon.
13:55Pour le petit 1, on a U égale à 220 volts, et R égale à 330 ohm.
14:00En appliquant le moyen mnémotechnique vu il y a quelques instants, l'intensité sera égale à la tension divisée par la résistance, calcul, et y égale à 0,667 ampère, soit 667 milliampère.
14:13Next.
14:14Pour le petit 2, on a R égale à 47 ohm, et y égale à 0,17 ampère.
14:20En appliquant une nouvelle fois le moyen mnémotechnique vu il y a quelques instants, la tension sera égale à l'intensité fois la résistance, calcul, et y égale à 7,99 volts, soit environ 8 volts.
14:33Next.
14:35Pour le petit 3, on a Y égale à 332 milliampères, ce qui donne 0,332 ampères, et y égale à 9 volts.
14:42En appliquant une dernière fois le moyen mnémotechnique vu il y a quelques instants, la résistance sera égale à la tension divisée par l'intensité, calcul, et R égale à environ 27,1 ohm.
14:54Et ce sera tout.
14:55Alors, tout juste, attention de bien respecter la convention récepteur, qui sera abordée plus en détail dans le prochain atelier, que je résume en UR et I de sens opposé.
15:06Sinon, il faudra adapter la loi pour qu'elle reste valide en ajoutant un moins devant, comme illustré à droite en convention générateur, UR et I dans le même sens.
15:16C'est une transition adaptée pour le paragraphe suivant, dans lequel je vais aborder le sens des flèches, celle des tensions au-dessus des dipôts, et celle des intensités dans les branches.
15:26C'est parti.
15:27On commence par la tension.
15:29Je te rappelle qu'une tension est une différence de potentiel entre deux points du circuit.
15:35UAB est égale à VA-VB, avec V le potentiel en un point.
15:39Donc UBA est égale à VB-VA, son sens étant opposé à celui de UAB.
15:44Par conséquent, UAB est égale à moins UBA, et inversement.
15:48En résumé, tu inverses le sens d'une flèche représentant une tension, tu changes le signe de sa valeur numérique.
15:55Pour l'intensité, ça fonctionne pareil.
15:57Si elle est positive, ça indique que le sens, choisi ou imposé, est le sens réel du courant.
16:04Par contre, si elle est négative, ça indique que le sens, choisi ou imposé, est opposé au sens réel.
16:11Pour rétablir la vérité, il suffit d'inverser le sens de cette intensité, flèche bleue, et de changer son signe.
16:18A retenir, ça peut sauver tes équations et tes calculs.
16:22Paragraphe suivant, la source de tension.
16:247. C'est un peu du hors-prograd en enseignement général, mais ça ne te fera pas de mal de connaître cette information, bien au contraire.
16:33C'est parti.
16:34Voici le schéma simplifié du circuit.
16:36Un générateur de tension continue et constante, en série avec une résistance ohmique.
16:42La tension aux bornes de la résistance est fixée une fois pour toutes par la tension du générateur.
16:48Dans ce cas, le courant qui traverse la résistance sera égal à la tension du générateur divisé par la résistance, comme indiqué dans ce schéma mnémotechnique vu tantôt.
16:56Ce dispositif permet de fixer le courant qui parcourt le circuit.
17:01Ingénieux, n'est-il pas ?
17:03Paragraphe suivant, sa petite sœur, la source de courant.
17:08Certes, c'est toujours un peu du hors-prograd en enseignement général, mais ça ne te fera pas plus de mal de connaître cette information, bien au contraire.
17:16C'est parti.
17:16Voici le schéma simplifié du circuit.
17:20Un générateur de courant continu et constant, en série avec une résistance ohmique.
17:25Le courant qui passe à travers la résistance est fixé par le générateur.
17:30La tension aux bornes de la résistance sera égale au produit de la résistance par le courant, comme indiqué dans ce schéma mnémotechnique vu tantôt, mais aussi par la loi d'Ohm.
17:39Cela permet de fixer la tension aux bornes de la résistance.
17:43Simple et efficace, n'est-il pas ?
17:46Dernier paragraphe, la conductance, qu'est-ce que donc que cette bestiole ?
17:51Ça va être très rapide.
17:53C'est parti.
17:55La conductance, notée granger, dans un circuit électrique, est la capacité à laisser passer le courant électrique.
18:01Elle est l'inverse de la résistance.
18:04Donc, granger est égal à 1 sur R, avec granger la valeur de la conductance du résistor, exprimé en Siemens, et R la valeur de la résistance électrique, en Ohm.
18:13Il est rare que cette conductance soit renseignée ou demandée dans un exercice de physique, mais tu peux la retrouver en chimie dans les dosages conductimétriques, ou en électrochimie.
18:23Et ce sera tout pour aujourd'hui.
18:26L'atelier est désormais terminé.
18:28Tu as des questions ?
18:29Tu veux un complément d'informations ?
18:32Rejoins-moi dans l'espace commentaires.
18:35Le cours complet en PDF, librement téléchargeable, est disponible dans la description de cette vidéo.
18:40Je t'ai mis à disposition des exercices à forger, leurs liens sont aussi disponibles en description.
18:47Prochaine vidéo sur l'encleum.
18:50Que la forge soit avec toi.
18:52Stay tuned.
18:54Tchuss.
18:54Sous-titrage Société Radio-Canada