Circuit CC

Signification d'un circuit à courant continu

Dans un circuit à courant continu, le courant circule de laborne positive à laborne négative de la batterie. La direction constante du courant est représentée dans la figure 1 ci-dessous.

Fig. 1 - Le flux de charge dans un circuit de courant continu est toujours dans le même sens.

Il s'agit d'une représentation très basique de ce à quoi peut ressembler un circuit à courant continu. Il se compose de trois éléments clés nécessaires au fonctionnement d'un circuit : une source d'énergie (une pile), un consommateur d'énergie (une résistance) et des voies conductrices (des fils) .

Dans un monde idéal, la source d'énergie et les chemins conducteurs auraient une résistance interne négligeable. De tels éléments sont connus sous le nom de piles idéales et de fils idéaux. Même si ces types d'éléments n'existent pas, nous pouvons faire des hypothèses raisonnables en fonction des circonstances.

Si le circuit contient d'autres éléments ayant une résistance, nous pouvons ignorer la résistance interne des fils, car elle est comparativement minime. La résistance interne d'une pile idéale peut être déterminée en mesurant la différence de potentiel de la source d'énergie entre les bornes. Cette mesure est connue sous le nom de force électromotrice.

Elle est généralement désignée par \(\varepsilon\) ou "emf" et se mesure en volts (\(\mathrm{V}\)).

Les choses se compliquent à mesure que l'on ajoute des consommateurs à un circuit de courant continu. En général, il y a deux façons de connecter des éléments dans les circuits : en série et en parallèle. Examinons chaque type de façon plus approfondie.

Circuit à courant continu en série

La première façon d'assembler des éléments dans un circuit est en série.

Dans un circuit en série à courant continu, le même courant \ (I\) circule à travers tous les composants, sans changer de direction .

Fig. 2 - Schéma d'un circuit en série composé de trois résistances .

Une différence de potentiel \ (V\) se produit sur chacun des éléments et diffère en fonction de leur résistance . La différence de potentiel totale peut être exprimée comme suit

\[ V_\text{series}=\sum_{i=1}^n V_i=V_1+V_2+ \dots,\]

où \(n\) indique le nombre de consommateurs.

Toutes les résistances de la connexion en série peuvent être remplacées par un consommateur équivalent, dont la différence de potentiel peut être trouvée en utilisant la résistance totale de toutes les résistances ensemble plutôt qu'individuellement. L'équation permettant de trouver la résistance totale d'une connexion en série est la suivante

\[R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i=R_1+R_2+ \dots.\]

Comme nous l'avons vu précédemment, dans le cas d'une batterie non idéale, nous devons également tenir compte de sa résistance interne. Pour ce faire, il suffit de considérer la source d'énergie comme une résistance supplémentaire connectée en série à la batterie et au circuit. Si un courant non nul circule dans le circuit, nous pouvons calculer la différence de potentiel entre les bornes de la batterie à l'aide de l'équation suivante :

\[\Delta V_\mathrm{terminal}=\varepsilon -Ir,\]

où \(\Delta V_\mathrm{terminal}\) est la différence de potentiel entre les bornes de la batterie, \(\varepsilon\) est la force électromotrice, \(I\) est le courant, et \(r\) est la résistance interne de la batterie.

Circuit parallèle à courant continu

L'autre type de circuit à considérer est le circuit parallèle.

Le courant électrique \(I\), qui part du pôle positif de la source, est divisé entre tous les éléments, puis fusionne à nouveau au pôle négatif de la batterie. Même avec tous les chemins supplémentaires, la direction du flux de charges reste constante.

Fig. 3 - Schéma d'un circuit parallèle composé de trois résistances.

Dans un circuit parallèle, la différence de potentiel \(V\) est lamêmesur chaque chemin, fournie par la force électromotrice de la source d'énergie.Le courant total, quant à lui, est la somme des courants qui traversent les composants individuels:

\[ I_\text{parallèle}=\sum_{i=1}^n I_i=I_1+I_2+\dots,\]

où \(n\) indique à nouveau le nombre de consommateurs.

Enfin, la réciproque de la résistance totale est la somme des réciproques de toutes les résistances des consommateurs :

\[\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots.\]

Règles du circuit DC

Toutes les règles de circuit pertinentes pour ce sujet sont compilées dans le tableau ci-dessous.

Tableau 1 - Règles de circuit en courant continu.

Circuits alternatifs et circuits continus

Une autre façon dont le courant peut circuler est connue sous le nom de courant alternatif.

Dans le circuit à courant alternatif affiché ci-dessous, au lieu d'une batterie, il y a une alimentation en courant alternatif. Elle crée des ondes de courant alternatif qui se déplacent d'avant en arrière, au lieu d'avoir une direction constante comme dans le cas du circuit à courant continu.

Fig. 4 - Le courant alternatif change périodiquement de direction.

Étant donné qu'il s'agit d'un événement périodique, le courant alternatif peut être décrit à l'aide de la fréquence, mesurée en hertz (\(\mathrm{Hz}\)). Elle quantifie le nombre de fois où le flux de charges change de direction par seconde.

Les circuits à courant alternatif sont couramment utilisés pour produire et transporter de l'électricité, ainsi que pour alimenter les moteurs électriques. Le réseau électrique nous fournit du courant alternatif, qui est ensuite converti en courant continu par l'intermédiaire d'adaptateurs, lors du chargement des batteries, par exemple.