RÉVISION
Révisions de quelques bases en électricité.
LA TENSION
Le comte Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, (1745 - 1827), est un physicien. Il est connu pour ses travaux sur l'électricité et pour l'invention de la première pile électrique, appelée pile voltaïque. Son nom est à l'origine de l'unité de tension électrique.
unité de mesure VOLT
N’importe quelle pile a une électrode positive et une électrode négative car à l’intérieur de son corps il existe un déséquilibre d’électrons.
Ce déséquilibre de charges positives et négatives génère une tension qui se mesure en volt.
Vous avez probablement souvent entendu parler de tensions continues et de tensions alternatives, mais avant de vous expliquer ce qui les différencie l’une de l’autre, il faut savoir que :
- la tension continue est fournie par : des piles - des accumulateurs - des cellules solaires
- la tension alternative est fournie par : des alternateurs - des transformateurs
En alimentant une ampoule avec une tension continue fournie par une pile ou un accumulateur, on aura un fil de polarité négative et un fil de polarité positive. Les électrons circuleront donc toujours dans une seule direction, c’est-à-dire, du pôle négatif vers le pôle positif avec une tension constante.
En tension « continue » on aura toujours un fil de polarité négative et un de polarité positive.
En alimentant une ampoule avec une tension alternative de 12 volts, fournie par un alternateur ou un transformateur, ce n’est plus un fil négatif et un fil positif que nous aurons mais alternativement l’un ou l’autre car la polarité changera continuellement. Cela revient à dire que, successivement (alternativement) circulera dans chaque fil une tension négative qui deviendra positive pour redevenir négative, puis à nouveau positive, etc.
Donc, les électrons circuleront tantôt dans un sens, tantôt dans le sens opposé. L’inversion de polarité sur les deux fils n’inter vient pas brusquement — c’est-à-dire qu’il n’y a pas une inversion soudaine de polarité de 12 volts positifs à 12 volts négatifs ou vice-versa — mais de façon progressive.
En tension « alternative » les deux fils n’ont pas de polarité, parce qu’alternativement, les électrons vont dans un sens puis dans le sens opposé.
LA FREQUENCE
Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) est un ingénieur et physicien allemand renommé pour avoir découvert les ondes hertziennes auxquelles il a donné son nom.
unité de mesure le HERTZ
On appelle fréquence, le nombre des sinusoïdes qui se répètent en l’espace d’une seconde. On l’exprime avec le symbole Hz, qui signifie Hertz. Si vous observez l’étiquette qui figure sur le compteur de votre habitation, vous y trouverez l’indication 60 Hz. Ce nombre sert à indiquer que la tension que nous utilisons pour allumer nos lampes change de polarité 60 fois en 1 seconde.
LE COURANT
André-Marie Ampère (1775 – 1836) est considéré comme le précurseur de la mathématisation de la physique et son nom a été donné à l'unité internationale de l'intensité du courant électrique : l'ampère.
unité de mesure l’AMPERE
On appelle le mouvement des électrons de l’électrode négative vers l’électrode positive, le courant. Il se mesure en ampères.
A titre d’information il plaira aux plus curieux de savoir qu’1 ampère correspond à : 6250000000000000000 électrons ! qui se déplacent du pôle négatif vers le pôle positif en l’espace d’1 seconde.
LA PUISSANCE
James Watt, (1736 - 1819), est un ingénieur écossais dont les améliorations sur la machine à vapeur furent une des étapes clé dans la révolution industrielle.
unité de mesure le WATT
En connaissant la valeur de la tension de n’importe quel générateur tel une pile, une batterie, un transformateur ou une ligne électrique et la valeur du courant que nous prélevons pour alimenter une lampe, une radio, un réfrigérateur, un fer à souder etc., nous pouvons connaître la valeur de la puissance absorbée, exprimée en watts.
Une ampoule alimentée par une tension de 12 volts, absorbe un courant de 0,5 ampère et débite une puissance lumineuse de 6 watts. Pour calculer la puissance, il suffit de multiplier les volts par les ampères : 12 volts x 0,5 ampère = 6 watts
LA RESISTANCE
Georg Simon Ohm, (1789 - 1854), a découvert l'existence d'une relation de proportionnalité directe entre la différence de potentiel appliquée aux bornes d'un conducteur et le courant électrique qui le traverse, ce qu'on appelle maintenant la loi d'Ohm.
unité de mesure l’OHM
Tous les matériaux ne sont pas bons conducteurs d’électricité. Ceux qui contiennent beaucoup d’électrons libres, comme par exemple l’or, l’argent, le cuivre, l’aluminium, le fer, l’étain, sont d’excellents conducteurs d’électricité.
Les matériaux qui contiennent très peu d’électrons libres, comme par exemple la céramique, le verre, le bois, les matières plastiques, le liège, ne réussissent en aucune manière à faire s’écouler les électrons et c’est pour cela qu’ils sont appelés isolants.
Il existe des matériaux intermédiaires qui ne sont ni conducteurs, ni isolants, comme par exemple le nickel-chrome, le constantan ou le graphite.
Tous les matériaux qui offrent une résistance au passage des électrons, sont utilisés en électronique pour construire résistances, potentiomètres et trimmers, c’est-à-dire des composants qui ralentissent le flux des électrons.
L’unité de mesure de la résistance électrique est l’ohm. Son symbole est la lettre grecque oméga (Ω), Un ohm correspond à la résistance que rencontrent les électrons en passant à travers une colonne de mercure haute de 1063 millimètres, d’un poids de 14,4521 grammes et à une température de 0 degré.
Outre sa valeur ohmique, la résistance a un autre paramètre très important : la puissance maximale en watts qu’elle est capable de dissiper sans être détruite.
A quoi servent les résistances ?
Une résistance placée en série dans un circuit provoque toujours une chute de tension car elle freine le passage des électrons. Si on relie en série un conducteur capable de laisser passer un nombre important d’électrons et un composant capable de freiner leur passage, il est évident que leur flux sera ralenti.
En électronique, les résistances sont utilisées pour réduire la tension en volts.
Quand un courant électrique rencontre une résistance qui empêche les électrons de s’écouler librement, ceux-ci surchauffent. Beaucoup de dispositifs électriques se servent de cette surchauffe pour produire de la chaleur.
Les 4 anneaux de couleur qui apparaissent sur le corps d’une résistance servent à donneur sa valeur ohmique.
Valeurs standards des résistances 10%
Dans le commerce vous ne trouvez pas facilement n’importe quelle valeur ohmique, mais seulement les valeurs standards reportées dans le tableau ci-dessous.
Trimmers
Quand dans un circuit électronique on a besoin d’une résistance capable de fournir de façon graduelle une valeur ohmique variant de 0 ohm à une valeur maximum donnée, on doit utiliser un composant appelé trimmer ou résistance ajustable.
Ce composant est représenté dans les schémas électriques avec le même symbole qu’une résistance, auquel on ajoute une flèche centrale, appelée curseur.
Quand vous voyez ce symbole, sachez que la valeur ohmique de la résistance peut varier d’un minimum à un maximum en tournant simplement son curseur d’une extrémité à l’autre.
Les trimmers, généralement en Asie, portent un code très simple : le dernier chiffre du sigle est remplacé par un nombre qui indique combien de zéros il faut ajouter aux deux premiers chiffres.
1 ajouter 0
2 ajouter 00
3 ajouter 000
4 ajouter 0000
5 ajouter 00000
Donc, si sur le corps du trimmer il est écrit 151 la valeur ohmique exacte est de 150 Ω.
Potentiomètres
Les potentiomètres ont la même fonction que les trimmers. Ils ne se différencient de ceux-ci que par leur curseur relié à un axe sur lequel il est possible de fixer un bouton.
Les potentiomètres, rotatifs ou à glissière, peuvent être linéaires ou logarithmiques.
Les potentiomètres linéaires présentent la caractéristique de voir leur résistance ohmique varier de façon linéaire, tandis que les potentiomètres logarithmiques varieront de façon non linéaire.
Si on tourne le bouton d’un potentiomètre linéaire de 10 kΩ d’un demi-tour et que l’on mesure la valeur ohmique entre la broche centrale et chacune des broches droite et gauche, on découvrira que les valeurs mesurées sont exactement la moitié de la valeur totale, c’est-à-dire 5 kΩ
Si on fait de même avec un potentiomètre logarithmique de même valeur, on trouvera d’un côté 9 kΩ et de l’autre 1 kΩ
Les potentiomètres logarithmiques sont utilisés pour le contrôle du volume, de façon à pouvoir augmenter l’intensité du son de manière logarithmique.
En effet, notre oreille ne perçoit un doublement du volume sonore que si on quadruple la puissance du son.
Photorésistances
Les photorésistances sont des composants photosensibles dont la valeur ohmique varie en fonction de l’intensité de lumière qu’ils reçoivent.
Une photorésistance mesurée dans l’obscurité a une valeur d’environ 1 mégohm. Si elle reçoit un peu de lumière sa valeur descendra immédiatement aux environs de 400 kΩ. Si l’intensité de la lumière augmente, sa valeur descendra vers les 80 kΩ. Si elle reçoit une lumière forte, sa résistance descendra jusqu’à quelques dizaines d’ohms.
Les photorésistances sont utilisées pour la réalisation d’automatismes capables de fonctionner en présence d’une source lumineuse.
LE CONDENSATEUR
Michael Faraday (1791 - 1867) est connu pour ses travaux fondamentaux dans le domaine de l'électromagnétisme, l'électrochimie, le diamagnétisme, et l'électrolyse. Il donne son nom à de multiples lois et phénomènes dans ces domaines. Le farad est l'unité de capacité électrique. unité de mesure le FARAD
En fait, si l’unité de mesure d’un condensateur est bien le farad, cette unité est trop grande et l’on utilise principalement les sous-multiples pico, nano et microfarad.
Physiquement, un condensateur se compose de deux lamelles métalliques séparées par un élément isolant en papier, plastique, mica, céramique, oxyde de tantale ou, tout simplement, de l’air.
Si nous relions un condensateur aux broches d’une pile fournissant une tension continue, les électrons négatifs se déplacent rapidement vers la lamelle A pour essayer de rejoindre le pôle positif. Mais, comme vous pouvez l’imaginer, ils n’y parviendront pas car les deux lamelles sont isolées.
En déconnectant le condensateur de la pile, les deux lamelles resteront chargées, c’est-à-dire que les électrons (négatifs) resteront sur la lamelle A tant que le circuit restera ouvert.
Si nous relions un condensateur à un générateur de tension alternative, nous obtenons un flux normal d’électrons, qui se déplacent d’une lamelle vers l’autre comme si l’élément isolant n’existait pas.
En pratique, le flux d’électrons ne s’écoule pas comme dans un conducteur normal, mais il trouve une résistance proportionnelle à la capacité du condensateur et à la fréquence de la tension alternative fournie par le générateur.
Plus la capacité du condensateur et la fréquence de la tension sont importantes, plus le nombre d’électrons qui passe d’une lamelle vers l’autre est important.
En appliquant une tension alternative aux bornes d’un condensateur, les électrons négatifs s’accumulent sur la lamelle A mais ils ne pourront pas rejoindre la lamelle B.
Quand la tension alternative inverse sa polarité, les électrons de la lamelle A se déplacent dans la direction opposée tandis que la lamelle B sera chargée d’électrons négatifs.
Quand la tension alternative inversera à nouveau sa polarité, les électrons de la lamelle B partiront dans la direction opposée tandis que la lamelle A sera à nouveau chargée d’électrons négatifs.
Valeurs standards des condensateurs 20%
Condensateurs électrolytiques
Dans la plupart des circuits électroniques, outre les condensateurs non polarisés, vous trouverez également des condensateurs électrolytiques polarisés, repérable à leur symbole « + ».
Les condensateurs électrolytiques se différencient des autres condensateurs par la matière isolante qui les compose et par la capacité maximale qu’il est possible d’obtenir.
Le seul inconvénient des condensateurs électrolytiques est qu’ils sont polarisés. C’est pour cette raison que leurs sorties sont marquées par les signes « + » et « - », tout comme les piles.
Lors du montage de ces condensateurs sur un circuit électrique, vous devez veiller à bien respecter leur polarité. Si vous inversez le sens de montage, le condensateur risque d’être endommagé et, si la tension est très élevée, il peut même exploser.
La tension de travail est indiquée en clair sur tous les condensateurs électrolytiques. Il ne faut jamais dépasser cette valeur car les électrons pourraient perforer la pellicule isolante placée entre les lamelles et comme nous venons de le dire, endommager le condensateur ou provoquer son explosion.
Condensateur en série ou en parallèle
En reliant deux condensateurs en série, la valeur de la capacité globale sera inférieure à celle du condensateur ayant la capacité la plus faible.
Pour relier en série deux condensateurs électrolytiques, il faut relier le négatif du premier au positif du second. Cet assemblage équivaudra à l’augmentation de la distance entre les pellicules isolantes : la capacité du condensateur se réduit, tandis que la tension de travail augmente.
Si l’on relie en parallèle deux condensateurs électrolytiques, la sortie positive du premier doit être reliée à la sortie positive du second. De même pour leurs sorties négatives. Cet assemblage équivaudra à l’augmentation de la distance entre les lamelles, sans que la distance entre les pellicules isolantes n’augmente.
La capacité globale du condensateur augmente, tandis que la tension de travail reste inchangée.
