Dans tout ce paragraphe, l'électromoteur sera décrit en convention générateur.
La caractéristique courant-tension d'un dipôle permet de connaître le fonctionnement de celui-ci. La tracer est nécessaire pour le caractériser totalement. Dans le cas d'un générateur, nous devrons suivre le processus expérimental suivant :
Un générateur est dis "à vide" quand il ne débite aucun courant, c'est-à-dire quand il n'alimente pas de récepteur.
L'essai à vide consiste à mesurer la tension aux bornes du générateur seul :
Cette tension s'appelle force électromotrice (fem) ou tension à vide du générateur. Elle est généralement notée E.
Il faut ensuite obtenir tous les autres points de fonctionnement possible du générateur. Pour cela, il faut le charger, c'est-à-dire placer aux bornes du générateur, successivement plusieurs récepteurs différents, ou un récepteur de résistance réglable, sans dépasser la charge maximale du générateur, c'est-à-dire sans demander au générateur un courant d'intensité supérieur à sa valeur maximale. Il convient de réaliser le montage suivant :
Remarque : Lorsque le générateur est chargé, il ne faut plus appeler E la tension aux bornes du générateur, car E est réservée à la fem.
Quelques exemples d'allures de caractéristiques :
Si la caractéristique courant-tension du générateur est une droite, alors le générateur est dit linéaire et la relation entre la tension aux bornes du générateur uG et l'intensité du courant qu'il débite i s'écrit :
uG = a.i + b
Où b est l'ordonnée à l'origine de la droite et a sont coefficient directeur (négatif).
Or, l'ordonnée à l'origine de la droite correspond à la force électromotrice du générateur E, donc b = E ;
et -a.i correspond à une chute de tension de type ohmique (proportionnelle à l'intensité du courant) donc -a = r où r est la résistance interne du générateur.
Ainsi, la tension aux bornes du générateur s'écrit uG = E - r.i ,
avec E, force électromotrice du générateur et r, résistance interne du générateur, i, intensité du courant débité par la générateur.
Cette expression est découverte en 1883 par Léon Charles Thévenin (1857-1926), ingénieur télégraphe. Il s'en servira pour créer le modèle équivalent de Thévenin (M.E.T.) des électromoteurs, ainsi qu'un théorème permettant de calculer les éléments de ce modèle.
Définition du modèle équivalent de Thévenin :
Tout générateur linéaire de tension peut être remplacé, dans un schéma, par son modèle équivalent de Thévenin constitué de la mise en série d'un générateur de tension parfait de fem égale à la fem du générateur réel et d'une résistance égale à la résistance interne du générateur réel :
Exercice : Une pile de 9,0 V (fem) et de résistance interne 1,7 Ω débite dans une ampoule de lampe de poche appelant 200 mA. Calculer la valeur de la tension aux bornes de l'ampoule.
On calcul la puissance mise en jeu dans un générateur linéaire de tension de la manière suivante:
p = uG.i = (E - r.i).i
p = E.i - r.i²
La puissance fournie par un générateur linéaire de tension à sa charge s'écrit :
p = E.i - r.i²
Avec E.i puissance totale consommée par le générateur,
et r.i² puissance perdue par effet Joule dans le générateur.
Exercice : Une pile de 9,0 V (fem) et de résistance interne 1,7 Ω débite dans une ampoule de lampe de poche appelant 200 mA. Calculer la puissance électrique fournie à l'ampoule, la puissance perdue par effet Joule dans la pile, la puissance totale que fournie la pile.
