Courant alternatif
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Introduction

Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current en anglais, étant cependant souvent utilisé) est un courant électrique qui change de sens.

Ce courant alternatif est dit périodique s’il change régulièrement et périodiquement de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...).

Un courant alternatif (Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current en anglais, étant cependant souvent...) périodique est caractérisé par sa fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...), mesurée en hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à une...) (Hz). C’est le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d’« allers-retours » qu’effectue le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l'action de...) en une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc...). Un courant alternatif périodique de 50 Hz effectue 50 « allers-retours » par seconde, c'est-à-dire qu'il change 100 fois (50 allers et 50 retours) de sens par seconde.

La forme la plus utilisée de courant alternatif est le courant sinusoïdal, essentiellement pour la distribution commerciale de l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel...).

La fréquence du courant électrique distribué par les réseaux aux particuliers est généralement de 50 Hz en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...) et au Maroc, 60 Hz en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).

On doit distinguer :

  • Les courants purement alternatifs dont la valeur moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) (composante continue) est nulle, qui peuvent alimenter un transformateur sans danger.
  • Les courants alternatifs à composante continue non nulle qui ne peuvent en aucun cas alimenter un transformateur.

Historique

Aux États-Unis, le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces...) Nikola Tesla en 1882 conçoit l'alternateur triphasé (Le triphasé est un système de trois tensions sinusoïdales de même fréquence qui sont déphasées entre elles (de 120 ° ou ?π radians dans le cas idéal). Si la fréquence est de...). Parallèlement, en France, Lucien Gaulard invente le transformateur. Ces deux inventions permettent de surmonter les limitations imposées par l'utilisation du courant continu (Le courant continu est un courant électrique indépendant du temps ou, par extension, un courant périodique dont la composante continue est d'importance primordiale) pour la distribution de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) alors préconisée par Thomas Edison qui avait déposé de nombreux brevets en rapport avec cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) (et possédait des réseaux de distribution de courant continu).

Les avantages apportés par le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) et la distribution de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) électrique par courants alternatifs sont indéniables. L'industriel Westinghouse, détenteur des brevets, finit par l'imposer aux États-Unis.

Les courants alternatifs sinusoïdaux

Exemple de signaux sinusoïdaux

Un courant alternatif sinusoïdal est un signal sinusoïdal (Un signal sinusoïdal est un signal (onde) dont l’amplitude, observée à un endroit précis, est une fonction sinusoïdale du temps.) de grandeur homogène à un courant (exprimé en ampères). De façon stricte, sa composante continue doit être nulle pour le qualifier d'alternatif, la sinusoïde aura donc une valeur moyenne égale à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une...).

D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mathématique

Le courant a donc une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre...) du type : i(t) = A . \sin(\frac{2 \pi . t}{T} + \varphi) , ou i(t) = A . \sin(2 \pi . f . t + \varphi) , puisque f = \frac{1}{T} , avec A \, l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...), T \, la période du signal exprimée en secondes, et \varphi \, le déphasage, ou phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) à l'origine, exprimé en radians.

Généralement on résume cette équation à s(t) = A . \sin (\omega.t + \varphi), avec \omega \, la pulsation (exprimée en rad/s) qui correspond donc à notre 2.\pi.f \, ou \frac{2.\pi}{T}.

De façon stricte, un courant alternatif sinusoïdal est autant de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (T/2) positif que négatif, ce qui implique que sa composante continue soit nulle. La sinusoïde oscillera donc de façon équilibrée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de 0, impliquant une valeur moyenne (mathématiquement) nulle, et une valeur efficace (La valeur efficace (aussi dite RMS ou Root Mean Square) d’un courant ou d'une tension, variable au cours du temps, correspond à la valeur du courant continu ou de la tension continue produisant un...) (électriquement) de \frac{A}{\sqrt{2}} .

On dit de ces deux signaux qu'ils sont identiques mais déphasés de π. Entre leurs deux équations, il y a donc seulement le déphasage (ou phase à l'origine) qui diffère.

En réalité, l'important est que la différence des phases à l'origine vaut \varphi_{bleu} - \varphi_{rouge} = z \pi avec z \, un entier impair, puisqu'un tel déphasage (π radians correspondant à 180 degrés) correspond à un décalage d'un demi-tour sur le cercle trigonométrique (Pour la définition de cercle unité vous pouvez consulter le dictionnaire cercle unité.). On associe donc à un signal, la valeur opposée de l'autre, car sin(x + z.π) = − sin(x). Quand le signal bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du...) est au maximum, le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) est au minimum, etc. On remarque donc que les deux signaux sont opposés, c’est-à-dire symétriques par l'axe des abscisses.

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