DIPÖLES ACTIFS

DIPÖLES ACTIFS DIPÖLES ACTIFS

I. Généralités

I.1.Définition :

Un dipôle actif est un dipôle qui présente une tension non nul lorsqu’ il est branché seul à un voltmètre. Cette tension est appelée tension à vide.

I.2.Convention générateur

Soit G un générateur. Sa borne positive est P et sa borne négative est N.

$C:\Users\ablaye\Documents\p.jpg$

Dans la convention générateur, les flèches symbolisant l’intensité du courant et la tension aux bornes du générateur sont de même sens.

II. Etude d’une pile

II.1.Etude expérimentale

II.1.2.Dispositif expérimental

Réalisons le montage ci-dessus

Le montage permet de mesurer l’intensité I débité par le générateur et la tension U_PN à ses bornes.

II.1.2.Observation

En déplaçant le curseur du rhéostat, faisons varier l’intensité et la tension aux bornes du générateur.

Relevons les valeurs I et U_PN pour plusieurs expériences. Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessus

I(A)	0	0,2	0,3	0,5	1	1,5	2	3
U_PN(V)	4	3,9	3,8	3,7	3,5	2.5	2	1

II.1.2.Caractéristique Intensité – Tension

La caractéristique intensité-tension est la représentation graphique U=f (I)

te $C:\Users\ablaye\Documents\p.jpg$

II.1.3.Interpétation

La caractéristique obtenue est un segment de droite dont l’équation est de la forme U=aI+b

Ici a est négatif (la droite obtenue est décroissante, son coefficient directeur est négatif).

Posons a= -r ; r est appelée résistance interne de la pile.

Posons b=E ; E correspond à l’ordonnée à l’origine de la droite.

E est la valeur de la tension lorsque l’intensité du courant débité par la pile est nulle. C’est la tension à vide ou force électromotrice (f.é.m.) de la pile.

Dans le système international :

E est exprimé en volts(V), r est exprimé en ohms (?)

Pour la pile utilisée, nous avons : E=4V ; −r=?U?I=−1?

L’équation de la caractéristique de la pile étudiée peut s’écrire :

U_PN=E- rI_NP

La pile étudiée est un dipôle actif linéaire. La relation U_PN=E- rI_NP traduit la loi d’hom pour un générateur linéaire.

II.2.Intensité de court-circuit

On met un générateur en court-circuit en reliant ses deux pôles par un fil métallique. Soit I_CC le courant de court-circuit

$C:\Users\ablaye\Documents\n.jpg$

Si U_PN= 0 ⇒ E- rI_CC= 0 I_CC= Er

Dans le cas de notre exemple : I_CC=41=4A. Ce courant est intense et peut détériorer le générateur.

II.3 Associations de générateurs

II.3.1Générateurs en série branché dans le même sens

Considérons deux générateurs G₁(E_1,r₁) et G(E₂,r₂) en série comme indiqué sur le croquis ci-contre.

Ils ont tendance à débiter des courants de même sens.

Soit l’intensité du courant, nous avons :

U_PN=U_PN’+U_P’N=(r₁I+E₁) +(-r₂I+E₂)

=-(r₁+r₂)I+(E₁+E₂)=-rI+E

Les deux générateurs sont équivalents à un générateur unique :

f.e.m E= E₁+E₂

de résistance interne r= r₁+r₂

II.3.2Générateurs en série branché en sens contraire

Considérons deux générateurs G₁ (E₁, r₁) et G₂ (E_2,r₂) en position indique sur le croquis ci- dessus.

Elles ont tendance à débiter des courants de sens contraire.

Nous supposons E₁>E₂. L expériences montre que le courant qui circule a même sens que celui qui, aurait circulé si G₁ était seul.

Soit I l‘intensité du courant, nous pouvons écrire.

U_PN= U_PN’ + U_P’N

U_PN’= -r₁I+E₁_?U_PN= - (r₁₊r₂)I+ (E₁ + E₂)

U_PN’= -r₂I+E₂

Les deux générateurs sont équivalents à un générateur unique

de f.e.m E=E₁+E₂
de résistance interne r₁₊r₂

G₂ se comporte comme un récepteur de f.c.e.m E_2 , de résistance interne.

II.3.2Générateurs identiques en parallèle

Deux générateurs linéaires G₁et G₂ identiques sont montés en parallèle entre A et B.

Si I est l’intensité du courant principal, à travers chacun des générateurs est I2

Nous pouvons écrire :

U_AB=-rI2 +E=-r2I+E

Les deux générateurs sont équivalents à un générateur unique G

de f.e.m E
de résistance interne r2

II.4Loi d’Ohm généraliséNous avons utilisé la convention récepteur dans l’étude expérimentale des dipôles passifs. Ce qui a amené la formulation de la loi d’Ohm

U_AB= RI_AB pour un conducteur Ohmique

Adoptons la même convention pour le dipôle actif linéaire. Pour l’intensité choisissons comme sens positif le sens qui va de N vers P.

Ce choix impose avec la tension U_NP:

On a :

U_PN = - r I_NP + E → U_NP=r I_NP-E

Les résultats précédents peuvent être regroupés selon la formule générale U=r I- E, la convention utilisée est la convention récepteur.

II.5Loi de Pouillet

$C:\Users\DAOUDA DIALLO\Documents\a.jpg$

Dans un circuit sans dérivation, on obtient l’intensité du courant en divisant la f.e.m du générateur par la somme des résistances du circuit.

$C:\Users\DAOUDA DIALLO\Documents\s.jpg$

III. Autres types de générateurs

III.1 Les accumulateurs

La batterie d’une voiture est un accumulateur au plomb. C’est un dispositif capable de débiter un courant de charge pendant une durée importante de l’ordre de l’heure ou de centaines d’heures.

III.2 Alternateurs

Les alternateurs sont des générateurs de courant alternatif. Les 99% de l’électricité consommée dans le monde sont engendrés par des alternateurs couplés à des tribunes. Les dispositifs qui permettent d’obtenir du courant alternatif comportent :

-des bobinages qui tournent au voisinage d’un aimant

-des aimants qui tournent au voisinage de bobinages.

III.3 Les photopiles

Les photopiles sont des dipôles qui engendrent un courant électrique lorsqu’ils ont exposés à la lumière. Ces générateurs sont encore très peu utilisés dans la vie courante. Ils sont néanmoins employés dans les satellites et vaisseaux spatiaux, dans balises en mer.