Comment caractériser et exploiter un signal électrique ?

Pour codifier une installation électrique, nous utilisons une écriture normalisée qui permet à tous les professionnels d’échanger dans le même langage :

Si tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres, le circuit sera donc en série. Un circuit électrique peut comporter des dérivations. Nous distinguerons alors les nœuds et les mailles.

Chaque appareil électrique possède une plaque signalétique, indiquant ses conditions nominales de fonctionnement. Exemple d’une cafetière :

• 220-240 V : c’est la tension nominale de l’appareil, s’exprimant en Volts (V). Le réseau électrique domestique fournit une tension de 230 V en Europe. Il sera donc possible de brancher cette cafetière directement dans une prise.
• « ~ » indique que le courant doit être alternatif. Ce qui est le cas du réseau domestique.
• 50-60 Hz : c’est la fréquence nominale du courant alternatif. En France, la fréquence nominale du réseau électrique domestique est de 50 Hz.
• 500 W : c’est la puissance nominale de l’appareil, soit la puissance électrique qu’il va consommer.

1. Pour fonctionner, un circuit doit être fermé et alimenté (posséder un générateur)
2. Le sens du courant électrique, par convention part de la borne + à la borne – du générateur.
3. Comment mesurer les grandeurs caractéristiques d’un circuit :

• L’ampèremètre se branche en série, sa borne A du côté positif et COM du côté négatif. Attention au calibre qui doit être immédiatement supérieur à la valeur de l’intensité du courant. La grandeur donnée est alors l’Intensité :
  • Symbole : I
  • Unité : Ampère
  • Symbole de l’unité : A
    
    
• Le voltmètre se branche en dérivation, sa borne V du côté positif et COM du côté négatif. Attention au calibre qui doit être immédiatement supérieur à la valeur de l’intensité du courant. La grandeur donnée est alors la Tension :
  • Symbole : U
  • Unité : Volt
  • Symbole de l’unité : V

Voici les lois de l’électricité régissant la tension et l’intensité :

4. Courbe caractéristique d’un dipôle :

Un conducteur ohmique possède une résistance, qui peut être soit mesurée grâce à un ohmmètre, soit déduite grâce à la loi d’Ohm.

• Mesure avec le ohmmètre : il se branche directement en sur le dipôle lorsque le circuit n’est pas alimenté. Il fournit une valeur en Ohm $\rm (\Omega)$.
  
  
• Loi d’Ohm : il faut mesurer l’intensité I traversant le dipôle, ainsi que la tension $\rm U$ à ses bornes. La résistance interne $\rm R$ du dipôle est donnée par :
  $\rm U = R \times I$ avec U en Volts, I en Ampères et R en Ohm.

• La courbe caractéristique du dipôle $\rm U=f(I)$ est alors une droite, et son coefficient directeur est la valeur de la résistance.

Il existe deux types de générateurs :

• Générateurs de tension continue idéal : la tension fournie sera constante dans le temps et sa courbe $\rm U = f(t)$ sera une droite, de tension constante $\rm E_0$. A noter qu’un générateur de tension continue réel possède une résistance interne qui fera chuter sa tension au cours du temps.

• Générateurs de tension alternative : la tension fournie varie dans le temps et la polarité (le sens du courant) s’inverse à intervalles de temps réguliers. Nous devons alors identifier :
  • La tension maximale $\rm U_{max}$ (en Volts $\rm V$) sur un sommet.
  • La période $\rm T$ (en $\rm s$) : le temps nécessaire à un motif pour se reproduire.
  • Calculer la fréquence $\rm F$ (en Herz $\rm Hz$) : $\rm F =  1/T$.
  • Calculer la tension efficace (en Volts $\rm V$), valeur qui serait fournie par un générateur de tension continue idéal équivalent : $\rm U_{eff}=U_{max}/\sqrt 2$.

Voici la courbe $\rm U = f(I)$ du réseau électrique domestique. Nous retrouvons :

$\rm U_{max} = 320 V$, d’où $\rm U_{eff}=325.3/\sqrt 2$ $\rm =230 ~V$
$\rm T = 20~ms$
$\rm T=0.02~s$ d’où $\rm F = 1/0.02=50~Hz$.

La tension du réseau domestique est périodique (les mêmes valeurs de tension se retrouvent à intervalles de temps réguliers), alternative (le signe de la tension s’inverse), et sinusoïdale (le motif s’apparente à la fonction mathématique sinus).