Un circuit électrique est un système formé par un ensemble d'éléments électriques interconnectés. Il comporte un ou plusieurs chemins fermés pouvant être parcourus par un courant électrique.
Un courant électrique est le mouvement ordonné de charges électriques libres. Normalement, ces charges sont des électrons qui se déplacent du pôle négatif vers le pôle positif. Selon le mouvement décrit par les charges électriques, on distingue deux types de courants : le courant continu et le courant alternatif.
L'intensité du courant indique la quantité d'électrons qui circuleront dans une section d'un conducteur pendant un temps déterminé.
Des schémas électriques ou des schémas avec des symboles électroniques standardisés sont utilisés pour représenter les circuits électriques.
Composants d'un circuit électrique
Les composants de base d’un circuit électrique sont les suivants :
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Générateur : Le générateur électrique est l'élément chargé de générer le courant électrique en maintenant une différence de potentiel entre les extrémités du circuit. Par exemple, une batterie ou un panneau photovoltaïque.
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Conducteur : le conducteur de courant est l’endroit où se déplacent les électrons entraînés par le générateur électrique. Le matériau utilisé doit être électriquement conducteur. Les éléments les plus conducteurs du tableau périodique sont l’argent, le cuivre et l’or.
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Résistance électrique : les résistances sont des éléments qui s'opposent au passage du courant électrique. Ce sont les éléments du circuit qui perdent le plus d'énergie utile sous forme de chaleur selon la loi de Joule.
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Récepteurs : Les récepteurs convertissent l'électricité en un autre type d'énergie. Les ampoules et les moteurs électriques sont des exemples de récepteurs.
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Éléments de contrôle : la fonction de ces éléments est de couper ou de diriger la circulation du courant à l’intérieur du circuit. Quelques exemples sont les boutons-poussoirs, les interrupteurs et les bascules.
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Condensateurs : Un condensateur est un élément ayant la capacité de stocker de l'énergie électrique et qu'il peut restituer ultérieurement.
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Inducteurs : Ils stockent l’énergie sous forme de champ magnétique lorsque le courant les traverse. Ils sont courants dans les circuits de filtrage et les circuits de synchronisation.
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Diodes : permettent au courant de circuler dans une seule direction. Ils sont utilisés dans les circuits redresseurs et pour protéger les composants sensibles à la polarité.
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Transistors : Ils agissent comme des interrupteurs ou des amplificateurs de signaux électriques. Ils sont essentiels dans l’électronique numérique et les amplificateurs audio.
Les éléments d'un circuit électrique peuvent être connectés en série et en parallèle. Par exemple, dans les récepteurs série, les récepteurs sont connectés les uns aux autres.
Dans les circuits en série, l'intensité du courant est identique dans tous les éléments. Cependant, dans les circuits parallèles dans lesquels un courant circule, les courants s'additionnent.
Types de circuits électriques
Il existe plusieurs types de circuits, chacun avec des caractéristiques et des applications spécifiques. Voici quelques-uns des types les plus courants :
Circuit en série
Un circuit en série est un circuit dans lequel les composants sont connectés les uns après les autres, créant ainsi un chemin unique pour la circulation du courant. Le courant est constant dans tout le circuit, ce qui signifie que le même courant traverse chaque composant en séquence.
La tension est répartie entre les composants, ce qui signifie que la somme des chutes de tension aux bornes de chaque composant est égale à la tension de la source. Si un composant d'un circuit en série est déconnecté ou supprimé, tout le flux de courant dans le circuit est interrompu.
Circuit parallèle
Un circuit parallèle implique que les composants sont connectés selon plusieurs chemins pour que le courant circule. La tension est la même entre tous les composants du circuit parallèle, mais le courant est divisé entre eux.
Si un composant d'un circuit parallèle est déconnecté ou retiré, les autres continuent de fonctionner sans interruption.
Circuit mixte
Un circuit mixte est une combinaison de circuits série et parallèle.
Il peut y avoir plusieurs branches en parallèle, et dans chaque branche il peut y avoir des composants connectés en série.
Les circuits mixtes sont couramment utilisés dans les applications où une combinaison de fonctions est nécessaire, comme les circuits électriques complexes.
Circuit en courant continu (CC)
Un circuit à courant continu implique que le courant circule dans une seule direction constante.
Ce type de circuit se trouve couramment dans les batteries, les appareils électroniques portables et les systèmes d'alimentation CC.
Circuit en courant alternatif (CA)
Dans un circuit à courant alternatif, le sens du courant est périodiquement inversé, oscillant entre des valeurs positives et négatives.
La plupart des réseaux électriques domestiques et professionnels utilisent le courant alternatif pour la distribution de l’électricité.
Circuits triphasés
Les circuits triphasés sont utilisés dans les applications industrielles et commerciales pour fournir efficacement de l'énergie électrique.
Ils sont constitués de trois phases de courant alternatif déphasées de 120 degrés les unes par rapport aux autres, ce qui permet une transmission de puissance plus équilibrée et plus efficace.
Circuits numériques
Les circuits numériques sont utilisés en électronique pour traiter des signaux numériques, qui sont représentés par des valeurs discrètes (0 et 1).
Les exemples courants incluent les portes logiques, les bascules, les microcontrôleurs et les circuits intégrés numériques.
Circuits analogiques
Les circuits analogiques sont utilisés pour traiter des signaux analogiques, qui sont continus dans leur représentation.
Les exemples incluent les amplificateurs audio, les circuits radio et les capteurs.
Circuits de puissance
Ces circuits sont utilisés dans les systèmes électriques de haute puissance tels que les systèmes de distribution d'énergie électrique et les systèmes de commande de moteurs.
Lois fondamentales des circuits électriques
Les lois fondamentales des circuits électriques sont des principes qui régissent le comportement du courant et de la tension électriques dans les circuits électriques. Ces lois sont essentielles pour l'analyse et la conception des circuits électriques.
Parmi les lois fondamentales, on distingue les suivantes :
Loi d'Ohm
Cette loi établit la relation fondamentale entre le courant (I), la tension (V) et la résistance (R) dans un circuit électrique. La loi d'Ohm s'exprime par l'équation suivante :
V=I⋅R
où :
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V est la tension en volts (V).
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I est le courant en ampères (A).
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R est la résistance en ohms (Ω).
La loi d'Ohm stipule que le courant dans un conducteur est directement proportionnel à la tension appliquée et inversement proportionnel à la résistance du conducteur.
Les lois de Kirchhoff
Gustav Kirchhoff a formulé deux lois fondamentales qui s'appliquent aux circuits électriques complexes pour l'analyse des courants et des tensions :
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Loi du courant de Kirchhoff (loi des nœuds) : En tout nœud d'un circuit (un point de connexion où convergent plusieurs conducteurs), la somme algébrique des courants entrant dans le nœud est égale à la somme algébrique des courants sortant du nœud. Ceci est basé sur le principe de conservation de la charge.
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Loi de tension de Kirchhoff (loi de maillage) : dans toute boucle fermée ou maillage dans un circuit, la somme algébrique des chutes de tension autour du maillage est égale à la somme algébrique des tensions appliquées à travers le maillage. Ceci est basé sur le principe de conservation de l’énergie.
