Fondamentales de l'électronique

Cet article présente les définitions, concepts et formules du domaine de l'électronique.

L'Électricité : Comprendre ses Composantes

L'électricité est invisible, on ne peut observer que ces effets, ce tableau représente ces composantes et permet de la décrire et la mesurer

Tableau des concepts clés

Nom	Autre nomination	Définition	Analogie (chute d'une enclume)	Symbole	Unité
Tension	Voltage, potentiel courant	Différence de potentiel	Hauteur de chute	$ U $	Volt (V)
Intensité	Ampérage	Débit du courant électrique	Masse de l'enclume	$ I $	Ampère (A)
Puissance	-	Quantité d’énergie fournie ou consommée	Énergie lors de l’impact	$ P $	Watt (W)
Résistance	-	Opposition au passage du courant	Frottement de l'air	$ R $	Ohm (Ω)

⚠️ Force et Puissance

Attention à ne pas les confondre. L'unité de la foce est le Newton (N), 1N correspond à la foce exercé par une pomme de 100g contre le sol du fait de la gravité. L'unité de la puissance est le watt (W). Les watts sont des joules par seconde. $$ 1W = \frac{J}{s} $$

Force mécanique F(N)

$ F = m \cdot a $
où $ m $ est la masse (kg) et $ a $ l'accélération (m/s²).

Puissance mécanique P(W)
$$ P = F \cdot v = m \cdot a \cdot v $$ avec $ v $ la vitesse (m/s).
Cela n'a pas d'utilité mais on peut dévelloper avec $ a = \frac{v_1 - v_2}{t} $, pour obtenir :
$$ P = m \cdot \frac{v_1 - v_2}{t} \cdot v $$
Puissance électrique P(W)
$$ P = U \cdot I $$

⚡ Énergie et Puissance

Attention à ne pas les confondre, l’énergie est la puissance multipliée par le temps, on la nomme aussi travail. Son unité est le Joule (J) :
$$ E = P \cdot t $$

Exemple :
- 1 Joule est l’énergie fournie par 1 Watt pendant 1 seconde :
$$ 1J = 1W \cdot 1s $$ - Conversion des kilowatt-heures en joules :
$$ 1\, \text{kWh} = 1000\, \text{W} \cdot 3600\, \text{s} = 3,6\, \text{MJ} $$
1kilowatt-heure vaut 3,6 mégajoules

⚖️ Masse et Poids

Attention à ne pas les confondre
- La Masse $ m $ se mesure en kg, c'est ce que l'on nomme le poid dans le langage courant.
- Le Poids $ P_{\text{grav}} $ : force gravitationnelle exercée sur un objet, mesurée en Newton (N).

\[ P_{\text{grav}} = m \cdot g \]

où $ g \approx 9,81 \, \text{m/s}^2 $ sur Terre. On a déjà vu ce type d'unité, il s'agit de celle de l'accélération. g = accélération de la gravité sur terre.

Exemple : Une masse de 10 kg a un poids d’environ :
$$ 10 \cdot 9,81 = 98 \, N $$

🔎 Pourquoi ne dépense-t-on pas de puissance en poussant un mur ?

Si tu pousses contre un mur immobile :
- Tu exerces une force, mais
- Comme il n’y a pas de mouvement, alors :
$$ a = 0 \Rightarrow F = 0 \Rightarrow P = 0 $$ - La puissance c'est la quantité de travail effectué par unité de temps, se mesurant en watts (W). Le travail (ou énergie) se réalise uniquement si une force déplace un objet sur une distance, ce qui n'est pas notre cas. La force exercée est dissipée sous forme de chaleur dans les muscles. $ Puissance (P) = \frac{Travail(W)}{Temps (t)} $

Énergie (E) : Symbole "E", unité joule (J).
Travail (W) : Symbole "W", unité joule (J).
Puissance (P) : Symbole "P", unité watt (W).

Il est important de noter que, bien que le symbole "W" soit utilisé pour représenter le travail, il ne doit pas être confondu avec le watt, unité de puissance.

📡 Fréquence et Période

Fréquence :
$$ f = \frac{1}{T} $$ La fréquence $ f $ c'est le nombre d’oscillations - cycles - par seconde (Hz).
Période :
$$ T = \frac{1}{f} $$ $ T $ est la durée d'un cycle, mesurée en secondes, en gros le temps que ça prend pour que l'onde revienne à son état de départ (après avoir passé par les valeurs + et -).

Remarque : Le courant alternatif oscille à une fréquence donnée (ex. 50 Hz), tandis que le courant continu ne varie pas. Une source de tension comme une batterie fournit une tension continue.

🔋 Charge Électrique

Le Coulomb (C) représente un nombre d'électrons (un peu comme une mole) :
$$ 1\,C = 6,242 \times 10^{18} \text{ électrons} $$
Comme les électrons sont négatifs, la charge électrique est donnée par Q :
$$ Q = I \cdot t $$
L’ampère (A) est défini comme 1 coulomb par seconde :
$$ I = \frac{Q}{t} $$

🔌 Tension et Énergie

Le volt (V) est défini comme l’énergie par charge :
$$ 1\,V = \frac{1J}{1C} $$
L’énergie électrique (E) est l'énergie résultant du déplacement de charges électriques, son unité est la joule (J) :
$$ E = Q \cdot U $$

💡 Travail et Joule

Le joule (J) est le travail d’une force de 1 newton sur 1 mètre :
$$ 1J = 1N \cdot 1m $$
Il correspond aussi à l’énergie consommée par un appareil de 1 watt pendant 1 seconde :
$$ 1J = 1W \cdot 1s $$

📜 Formules Mathématiques Essentielles

Loi d'Ohm

Loi d'Ohm :
$$ U = R \cdot I $$ Tension = Résistance × Intensité

⚠️ On Utilise U pour la tension aux borne d'un élément du circuit et E pour la tension de la source
Puissance électrique :
$$ P = U \cdot I $$ Puissance = Tension × Intensité
Loi de kirshhoff - noeuds :
$$ ∑I entrant =∑I sortant $$ Dans un noeud, la somme de l'Intensité qui rentre = la somme de ce qui sort
Loi de kirshhoff - maille :
$$ Uad = Uab + Ubc + Ucd $$
Dans une maille(boucle fermée), la somme des tensions = 0 car l'énergie fournie est toujours entièrement consommée.
le potentiel mesuré avant et après la batterie sur la maille = la somme des potentiel mesurés sur les différents éléments de la maille.

ce n'est pas nous qui choisissons la tension des résistance. Elles vont se répartir la tension totale en fonction de leur résistance, afin que la somme soit 0.

exemple calcul de répartition des tension dans un système de 9V avec 2 résistances de 10Ω et 20Ω.
On commence par calculer l'intencité en utilisant U = R * I -> I = U/R
$$
I = \frac{9V}{10Ω + 20Ω} = 0.3A
$$
on peux calculer le voltage de chaque résistance:
U1 = 10Ω * 0.3A = 3V
U2 = 20Ω * 0.3A = 6V

💡 Différence tension/électricité montage en parallèle/série

	Tension	Intensité
en parallèle	Identique sur chaque branche	Différente dans chaque branche en fonction de la résistance
en série	Différente sur chaque composant	Identique à travers tous les composants

✏️ Schéma électrique vocabulaire

Schema circuit electrique

une maille c'est un chemin fermé dans un circuit.
un noeud c'est une connexion ou arrivent plusieurs branches.
une branche c'est un chemin du circuit à un noeud.
un dipole c'est un composant électrique possédant deux bornes.
une borne c'est le point de connexion d'un composant électrique.

🌐 Ressources

Complément d'information: université Lille 1
youtube Profcoudert

⚠️⚡ court circuit

Lorsque le courant circule de l'alimentation au GND (ground / neutre) il n'y a rien pour utiliser la puissance sur sa route, cette pruissance est transformé en chaleur extrème et détruit le composant en un rien de temps. $$ I = \frac{U}{R} $$

Si R = 0.1 c'est comme faire $$ I = U \cdot 10 $$
On comprend que plus R est petit plus on risque de divisé par 0 ce qui revient à multiplier par l'infini donc d'avoir un courant électrique d'une intencité monstrueuse