LES association de générateurs électriques concerne la façon dont ces appareils sont connectés à un circuit électrique. Selon le besoin, il est possible d'associer les générateurs en série ou en parallèle. À Associationdansgénérateurs en série, additionnez les forces électromotrices générateurs individuels, ainsi que leurs résistances électriques interne, dans le cas où ces générateurs sont réels.
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Concept
L'association de générateurs en série garantit que nous pouvons fournir un plus grande force électromotrice que seul un générateur serait en mesure d'offrir un circuit électrique. Par exemple: si un circuit fonctionne sous une tension électrique de 4,5 V, et que l'on n'a que des batteries de 1,5 V, il est possible de les brancher en série pour que l'on applique un potentiel de 4,5 V sur ce circuit.
Un exemple simple et didactique impliquant l'association de générateurs en série est le expérience de la batterie au citron. Dans celui-ci nous connectons plusieurs citrons en série afin que le potentiel électrique produit par les fruits soit suffisamment grand pour allumer une petite ampoule.
Lorsqu'ils sont associés en série, les citrons peuvent être utilisés pour allumer une lampe.
Dans l'association de générateurs en série, tous les générateurs sont connecté sur la même branche du circuit, et pour cette raison, tout le monde sera traversé par le même courant électrique. LES force électromotrice le total offert au circuit est déterminé par la somme des forces électromotrices de chacun des générateurs.
Bien que très utile pour de nombreuses applications, la connexion de générateurs réels en série implique une résistance électrique accrue du circuit, et, par conséquent, une plus grande quantité d'énergie sera dissipée sous forme de chaleur, à travers le effet joule.
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Formules importantes
Selon l'équation caractéristique des générateurs, la force électromotrice (ε) représente toute l'énergie qu'un générateur peut produire. Cependant, une partie de cette énergie est dissipée (r.i) par la propre résistance interne des générateurs. De cette façon, l'énergie qui est fournie par le circuit est donnée par le tension utile (U):
Uvous — Tension utile (V)
ε — force électromotrice (V)
rje — résistance interne (Ω)
je — courant électrique (A)
Lorsque l'on connecte des générateurs en série, il suffit d'ajouter leurs forces électromotrices ainsi que les potentiels dissipés par leurs résistances internes. En faisant cela, on trouve le la loi de pouillet. D'après cette loi, l'intensité du courant électrique produit par une association de n générateurs peut être calculée à partir de l'expression suivante :
Σε — Somme des forces électromotrices (V)
Σrje —somme des résistances internes des générateurs (Ω)
jeT — courant total du circuit (A)
En analysant l'expression précédente, nous pouvons voir qu'elle nous permet de calculer le courant électrique qui se forme dans le circuit. Pour ce faire, elle relate la somme des forces électromotrices divisée par la somme des résistances internes. Cependant, la loi illustrée ne s'applique à l'association de générateurs en série que s'il existe des résistances externes à l'association de générateurs. Le courant électrique du circuit peut être calculé à l'aide de la formule suivante :
Réq — Résistance de circuit équivalente (Ω)
Un exemple de cette situation est illustré dans la figure suivante. Nous y avons deux générateurs (batteries) connectés en série qui sont connectés à deux résistances électriques (lampes), également connectées en série.
Sur la figure nous avons deux générateurs associés en série connectés à deux lampes, également connectées en série.
Résumé
Lors de l'association de générateurs en série, tous les générateurs sont connectés à la même branche (fil).
Dans ce type d'association, tous les générateurs sont parcourus par le même courant électrique.
Lorsqu'elles sont connectées en série, la force électromotrice de l'association de générateurs est donnée par la somme des forces électromotrices individuelles.
La résistance équivalente de l'association de générateurs en série est donnée par la somme des résistances individuelles.
En association en série, la force électromotrice fournie au circuit augmente. Cependant, la quantité d'énergie dissipée par effet Joule augmente également.
Découvrez ci-dessous quelques exercices résolus sur l'association de générateurs en série et comprenez mieux le sujet.
Voir aussi :Astuces de formule physique
exercices résolus
Question 1) Deux générateurs réels, comme le montre la figure suivante, avec des forces électromotrices égales à 10 V et 6 V, respectivement, et des résistances internes de 1 Ω chacune, sont associées en série et connectées à une résistance de 10 Ω. Calculer le courant électrique qui traverse cette résistance.
a) 12,5 A
b) 2,50 A
c) 1,33 A
d) 2,67 A
e) 3,45 A
Modèle: Lettre C
Résolution:
Calculons le courant électrique total dans le circuit. Pour cela, on utilisera la loi de Pouillet pour les générateurs connectés en série :
Dans le calcul effectué, nous avons additionné les forces électromotrices produites par chacun des générateurs (10 V et 6 V) et divisé ce valeur par le module de la résistance équivalente du circuit (10 ) avec la somme des résistances internes (1 ) du générateurs. Ainsi, on retrouve un courant électrique de 1,33 A.
Question 2) Trois générateurs identiques, de 15 V chacun et 0,5 interne de résistance interne, sont connectés en série à un ensemble de 3 résistances de 30 Ω chacune, connectées en parallèle les unes aux autres. Déterminer la force du courant électrique formé dans le circuit.
a) 2,8 A
b) 3,9 A
c) 1,7 A
d) 6,1 A
e) 4,6 A
Modèle: La lettre B
Résolution:
Pour résoudre cet exercice, il faut d'abord déterminer le module de la résistance équivalente des trois résistances externes. Comme ces trois résistances de 30 sont connectées en parallèle, la résistance équivalente de cette connexion sera de 10 :
Une fois cela fait, nous pouvons passer à l'étape suivante, dans laquelle nous additionnons les potentiels électriques de chaque générateur et divisons le résultat par la somme de l'équivalent et de la résistance interne :
Lorsqu'on applique les valeurs de la loi de Pouillet, on retrouve un courant électrique d'intensité égale à 3,9 A. Par conséquent, la bonne alternative est la lettre B.
Question 3) Deux batteries identiques de 1,5 V chacune et de résistance interne de 0,1 sont associées en série à une lampe de résistance égale à 10,0 Ω. Le courant électrique qui traverse la lampe et la tension électrique entre ses bornes sont respectivement égaux à :
a) 0,350 A et 2,50 V
b) 0,436 A et 4,36 V
c) 0,450 A et 4,50 V
d) 0,300 A et 5,0 V
e) 0,125 A et 1,25 V
Modèle: La lettre B
Résolution:
Grâce à la loi de Pouillet, on peut trouver le module du courant électrique qui traverse la lampe, observer :
Le calcul effectué nous permet de déterminer que le courant électrique qui traverse la lampe est de 0,436 A et que le potentiel électrique entre ses bornes est de 4,36 V. Le résultat est cohérent avec le bilan énergétique de l'exercice, car ensemble les trois batteries peuvent délivrer un maximum de 4,5 V.
Par moi Rafael Helerbrock
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/geradores-serie.htm