Les centrales électriques modernes produisent de l'électricité sous forme de courants alternatifs. Le courant alternatif est distribué dans les zones résidentielles et commerciales, et c'est la principale forme d'énergie électrique que nous utilisons dans tous nos appareils électriques.
Comment le courant alternatif est-il produit ?
Les courants alternatifs sont produits par un générateur de courant alternatif, qui consiste en un fil qui tourne dans un champ magnétique créé par des aimants. Lorsque le fil tourne dans le champ magnétique, il coupe les lignes de flux magnétique. Le flux magnétique changeant à travers le fil génère une force (force électromotrice) qui entraîne les charges électriques autour du fil. Le fil conducteur qui circule crée un courant électrique oscillant qui circule dans deux directions en fonction de la variation de la polarité de l'aimant.
Un générateur élémentaire (générateur électrique à courant alternatif qui crée une seule tension alternative continue).
Consulte notre explication sur la force électromotrice et la résistance interne pour plus d'informations sur la force électromotrice.
Le graphique du courant alternatif
Comme les courants alternatifs se déplacent de façon périodique et sinusoïdale, leur mouvement peut être représenté par le graphique sinusoïdal. Le graphique du courant alternatif (que tu peux voir ci-dessous) exprime la relation entre la tension et le temps.
Le courant alternatif alterne son intensité par rapport au temps, alternant entre des valeurs positives et négatives. Cela signifie que lorsqu'un courant alternatif circule dans un circuit, le courant traversera les composants dans les deux sens. Un courant alternatif atteindra des valeurs maximales et minimales en termes d'amplitude et oscillera ensuite entre elles(±Imax), répétant ce cycle à chaque période de temps T.
Le graphique du courant continu
Un graphique illustrant le mouvement du courant continu est présenté ci-dessous. Le courant continu a une amplitude constante dans le temps (autrement dit, il n'oscille pas).
Sur le graphique, tu peux voir le courant alternatif en vert (graphique sinusoïdal) et le courant continu en rouge (graphique linéaire).
Graphique du courant alternatif et du courant continu
L'équation du courant alternatif
Nous pouvons exprimer mathématiquement le courant alternatif sous la forme d'une équation sinusoïdale, comme indiqué ci-dessous.Imax est la valeur maximale du courant en ampères (A), I est le courant à un moment donné, ω est la fréquence angulaire de l'alimentation en radians par seconde (rad/s), et t est le temps en secondes (s).
\[I = I_{max} \cdot \sin(\omega t)\]
De même, nous pouvons utiliser la même équation pour exprimer la tension dans le temps, où V est la tension à un moment donné en volts (V), et Vmax est la tension maximale.
\[V = V_{max} \cdot \sin(\omega t)\]
La période peut également être exprimée en termes de fréquence ou de vitesse angulaire lorsque c'est pratique. Ici, f est la fréquence en Herz (Hz), et \ (\oméga\) est la vitesse angulaire (rad/s ).
\[T = \frac{1}{f} = \frac{2 \pi }{\omega}\]
La période d'oscillation entre le négatif et le positif est d'environ 50-60Hz selon le pays. Au Royaume-Uni plus précisément, le courant alternatif a une fréquence de 50Hz.
Les différences entre le courant continu et le courant alternatif
Il existe de nombreuses différences entre le courant alternatif et le courant continu. Le courant alternatif oscille dans deux directions, alors que le courant continu a une magnitude constante dans le temps. Cela est dû au mécanisme qui génère le courant alternatif, à savoir une bobine en rotation entre deux aimants.
Dans le courant alternatif, lorsque la bobine tourne, la direction des électrons qui la traversent change en fonction de sa position par rapport aux pôles. Cela est dû aux bagues collectrices reliées à la bobine. Cependant, dans la production de courant continu, les bagues fendues reliées à la bobine modifient les contacts entre la bobine et les fils du circuit, ce qui fait que le courant ne circule que dans un seul sens.
De plus, la fréquence du courant continu est nulle, alors que la fréquence du courant alternatif qui alimente nos maisons est comprise entre 50 et 60 Hz. De plus, comme le courant alterne les directions dans le courant alternatif, il est décrit par un mouvement sinusoïdal (c'est pourquoi la tension varie). Dans le courant continu, la tension et le courant sont tous deux constants.
Le tableau ci-dessous énumère les principales différences entre le courant alternatif et le courant continu.
Courant alternatif (CA) | Courant continu (CC) |
Oscille dans deux directions. A des amplitudes positives et négatives. | L'amplitude est constante dans le temps. |
Possède une valeur de crête du courant. | Le courant est constant dans le temps. |
Les électrons dans le fil conducteur se déplacent dans deux directions. | Le flux continu d'électrons se fait dans une seule direction. |
Le graphique courant-temps est sinusoïdal. | Le graphique courant-temps est linéaire avec une valeur constante. |
Peut être transmis sur de longues distances. | Ne peut pas être transmis sur de longues distances. |
Les générateurs à courant alternatif utilisent des bagues collectrices et des balais. | Les générateurs à courant continu utilisent un collecteur à bague fendue. |
Applications du courant alternatif et du courant continu
Le courant alternatif est utilisé pour alimenter certains moteurs électriques, par exemple les moteurs à induction à courant alternatif. Le courant alternatif est également utilisé pour transmettre l'énergie électrique des centrales électriques aux zones urbaines pour un usage commercial et personnel et à d'autres installations à usage industriel.
Le courant alternatif est utilisé pour transmettre l'énergie électrique des centrales électriques aux zones urbaines
Le courant continu est utilisé principalement dans les applications à basse tension, telles que les différentes cellules de batterie que l'on trouve dans les batteries de smartphones, les batteries d'ordinateurs portables ou les batteries de voitures. Le courant continu est également utilisé dans les panneaux solaires, où le courant continu est ensuite converti en courant alternatif pour l'usage quotidien.
Courant et tension moyens quadratiques
La tension et le courant quadratiques moyens (RMS) comparent les courants alternatifs aux courants continus. Nous utilisons les valeurs efficaces pour le courant alternatif, qui est l'équivalent de la valeur du courant continu qui produit la même quantité de travail. Les multimètres, les voltmètres à courant alternatif et les ampèremètres indiquent les valeurs efficaces des valeurs de courant alternatif. Tu trouveras ci-dessous les équations permettant de calculer la valeur efficace du courant et de la tension :
\[I_{RMS} = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} ; \space V_{RMS} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}}\]Le graphique ci-dessous représente un graphique de tension-temps en courant alternatif (dans ce cas, le symbole V est représenté par u, mais tu dois toujours utiliser V pour tension !). Le chiffre 3 représente la tension efficace.
Tension sinusoïdale. Le chiffre 1 représente l'amplitude (crête), le chiffre 2 est la crête à crête, le chiffre 3 est la valeur efficace et le chiffre 4 est la période de l'onde.
Exemples de courant alternatif (avec valeur efficace)
Le courant alternatif est présent dans de nombreux appareils ménagers comme les ventilateurs, les routeurs Internet et les moteurs. C'est pourquoi il est important de maîtriser les principales grandeurs et les calculs liés aux courants alternatifs.
Trouve les valeurs efficaces en courant alternatif d'un courant qui produit une tension maximale de 250 V et une intensité maximale de 5 A.
Solution
Utilise les équations données pour les valeurs efficaces en courant alternatif et introduis les valeurs maximales de tension et de courant.
\[\N- \N- \N- \N{align}} I_{RMS} = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{5A}{\sqrt{2}} = 3,54 A \space V_{RMS} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{250 V}{\sqrt{2}} = 176,8 V \end{align}\]
Trouve la tension et l'intensité maximales en courant alternatif en te basant sur les valeurs efficaces en courant alternatif de 150V et 2,15A.
Solution
Nous utilisons les équations données pour les valeurs efficaces en courant alternatif, nous réarrangeons les solutions pourImax et Vmax, et nous introduisons les valeurs efficaces de la tension et du courant.
\[I_{RMS} = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} \Rightarrow I_{max} = I_{RMS} \cdot \sqrt 2 = 2,15 A \cdot \sqrt 2 = 3,04 A\] \
[V_{RMS} = \frac{V_{max}}{\sqrt 2} \Rightarrow V_{max} = V_{RMS} \cdot \sqrt 2 = 150 V\sqrt 2 = 212.1 V \]
Courants alternatifs - Principaux enseignements
Le courant alternatif (CA) est un courant oscillant qui circule dans deux directions avec une magnitude alternative.
Le courant alternatif est distribué dans les zones résidentielles et commerciales, et c'est la principale forme d'énergie électrique que nous utilisons dans tous nos appareils électriques.
Les courants alternatifs sont produits par un générateur de courant alternatif, qui consiste en un fil qui tourne dans un champ magnétique créé par des aimants.
Lescourants alternatifs se déplacent de façon périodique et sinusoïdale, c'est pourquoi le graphique sinusoïdal peut représenter leur mouvement.
Il existe de nombreuses différences entre le courant alternatif et le courant continu (CC). Le courant alternatif oscille dans deux directions, alors que le courant continu a une magnitude constante dans le temps.
La tension quadratique moyenne (RMS) et le courant quadratique moyen comparent les courants alternatifs aux courants continus.
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