Electrocinétique

Pré-requis nécessaires

Disciplinaires

Il n’y a pas de prérequis disciplinaires absolument nécessaires pour cet enseignement mais les étudiants ayant abordé les notions d’électricité au lycée dans la spécialité Physique-Chimie seront plus à l’aise avec cet enseignement. Rappel des notions du collège/lycée:

• Collège : circuits électriques, dipôles en série, dipôles en dérivation, boucle, unicité de l'intensité dans un circuit série, loi d'additivité des tensions, loi d'additivité des intensités, loi d'Ohm, règles de sécurité, énergie et puissance électriques
• Seconde : tension, intensité, caractéristique tension-courant, loi d’Ohm, capteurs
• Première : lien entre intensité d’un courant continu et débit de charges, modèle d’une source réelle de tension continue, puissance, énergie, bilan de puissance dans un circuit, effet Joule, rendement d’un convertisseur.
• Terminale : Intensité d’un courant électrique en régime variable, comportement capacitif, modèle du condensateur, relation entre charge et tension, capacité d’un condensateur, modèle du circuit RC série, capteurs capacitifs.

Mathématiques

• Fractions : addition et produit de fractions.
• Proportionnalité : identifier une situation de proportionnalité.
• Dérivée d’une fonction : définition, dérivée des fonctions exponentielle, cosinus et sinus.
• Trigonométrie : fonctions cosinus, sinus et tangente.
• Equations différentielles : résoudre une équation différentielle linéaire du premier ordre à coefficients constants avec un second membre constant.
• Nombres complexes : forme exponentielle et algébrique, module et argument, produit et quotient de 2 nombres complexes, complexe conjugué.

Compétences visées

Associées à la licence (référentiel national)

• Identifier et mener en autonomie les différentes étapes d'une démarche expérimentale.
• Utiliser les appareils et les techniques de mesure en laboratoire les plus courants dans les domaines de l'optique et les vibrations ; le magnétisme et l’électricité ; la chimie physique et analytique ; la chimie organique et inorganique.
• Interpréter des données expérimentales pour envisager leur modélisation.
• Valider un modèle par comparaison de ses prévisions aux résultats expérimentaux et apprécier ses limites de validité.
• Mobiliser les concepts fondamentaux pour modéliser, analyser et résoudre des problèmes simples de physique.

Plus spécifiques à l’électrocinétique

• Identifier une maille, un nœud et une branche dans un circuit électrique.
• Identifier des situations d'association de dipôles en série et en dérivation.
• Connaître les caractéristiques courant-tension des dipôles suivants : conducteur ohmique, condensateur, bobine, générateurs de tension et de courant (idéal et réel), en spécifiant la convention utilisée (générateur ou récepteur).
• Déterminer le caractère récepteur ou générateur d’un dipôle par rapport à la puissance reçue ou fournie.
• Utiliser les lois de base du courant continu (loi des nœuds, loi des mailles, association de dipôles, ponts diviseurs, équivalence des générateurs) pour déterminer des tensions et les courants dans des circuits électriques composés d’une ou plusieurs mailles.
• Identifier les grandeurs associées à un signal sinusoïdal : amplitude, période/fréquence/pulsation, phase.
• Déterminer le déphasage entre 2 signaux sinusoïdaux connaissant l’écart temporel entre ces 2 signaux (ou vice-versa), et spécifier si ces signaux sont en phase, en retard ou en avance l’un par rapport à l’autre.
• Déterminer l’impédance réelle et le déphasage courant-tension d’un dipôle (conducteur ohmique, condensateur, bobine) en régime sinusoïdal à partir de la caractéristique de ce dipôle.
• Utiliser la notation complexe pour déterminer l’amplitude et la phase d’un signal de forme sinusoïdale.
• Déterminer l’impédance complexe d’un dipôle (conducteur ohmique, condensateur, bobine) en régime sinusoïdal à partir de la caractéristique de ce dipôle et de l’utilisation de la notation complexe.
• Exploiter les lois de Kirchoff en amplitude complexe dans le cas du régime sinusoïdal forcé.
• Analyser les circuits RC, RL et RLC série en régime sinusoïdal forcé : mise en équation, expression de l’intensité et des tensions, représentation graphique de l’amplitude et du déphasage des tensions/courant, détermination de la fréquence de résonance et des fréquences de coupure.

Expérimentales :

• Réaliser un circuit électrique composé de sources de tension et de courant, de conducteurs ohmiques, de condensateurs et de bobines, en respectant les règles de sécurité des personnes et du matériel.
• Mesurer une tension ou un courant à l’aide d’un multimètre.
• Modéliser la caractéristique d’un dipôle à l’aide d’un logiciel.
• Utiliser un oscilloscope pour mesurer et exploiter une variation de tension dans le temps.

Outils mathématiques nouveaux

• Régime sinusoïdal : utilisation de la notation complexe