Aide pour Circuitjs

Remarque

Dans le texte ci-dessous, le mot «nœud» est synonyme d'extrémité d'élément alors qu'un vrai nœud est constitué par la rencontre de trois branches ou plus…

Raccourcis clavier

← →	(flèches) Annuler, Refaire
b B m M	Bouger un «nœud» ou un élément
g G	Placer un générateur
r R	Placer une résistance
f F w W	Placer un fil
i I	Placer un interrupteur
c C	Placer un condensateur
s S l L h H	Placer une self
espace	Descendre ou monter la fenêtre 3D
,	Mettre la fenêtre 3D à gauche
.	Pousser la fenêtre 3D à droite
-	Cacher/Montrer la fenêtre 3D
x	Descendre/Monter la fenêtre 3D
<=	(touche effacer) Effacer l'élément sélectionné
Enter	Marche/Arrêt

Utilisation courante

• On peut à tout moment annuler une action (touche ←) ou la rétablir (touche →)
• Introduire un élément : choisir un type d'élément dans le panneau des Commandes, (Souris), puis cliquer glisser sur le panneau du circuit ou sur un «nœud» (rond) existant. On peut aussi raccorder un élément en train d'être créé en glissant à un «nœud» déjà existant (lorsque le bord d'un «nœud» proche devient vert, on peut relâcher la souris et l'élément se raccorde automatiquement).
• Modifier la valeur d'un élément : Cliquer sur l'élément, puis modifier sur le panneau rose qui apparaît sur la droite. Dans ce panneau, on peut modifier :
  • Le type d'élément (ou alors l'effacer…)
  • Le nom (mais attention, certains caractères seront supprimés lors de l'utilisation du bouton URL, voir tout en bas; il s'agit des caractères suivants : ()+*~)
  • La valeur d'une grandeur essentielle pour l'élément en question. On peut aussi utiliser le glisseur qu'on trouve sur la droite pour varier la valeur de manière continue entre des valeurs qu'on peut définir à droite de ce glisseur…
  • Les cases à cocher permettent d'afficher ou non les valeurs de certaines grandeurs concernant l'élément (nom, rés., ddp, …). Attention, pour que ce réglage soit effectif, il faut choisir dans Afficher les réglages, Infos, priorité : par élément !
• Effacer un élément : Cliquer sur l'élément à effacer (s'il n'est pas encore sélectionné), puis touche effacer ou bouton effacer dans le panneau de l'élément (sous le panneau des Commandes).
• Déplacer un «nœud» (cercle) ou un élément : Maj–cliquer–glisser sur un «nœud» ou : touche b puis cliquer–glisser sur un «nœud».

Affichage

Dans le panneau Afficher les réglages

• Afficher le courant ou les électrons ou griser les fils en fonction du potentiel: Panneau des Affichage les réglages, Afficher.
• On peut choisir si le potentiel le plus haut est affiché en noir ou en blanc et si on veut afficher les valeurs du potentiel sur les «nœuds»
• On peut choisir de manière globale (Infos globales) si on veut afficher les valeurs de courant, tension, etc. pour les tous les éléments du circuit. Ce réglage n'est effectif que si on choisit globales sur la ligne en-dessous (Infos, priorité). En choisissant par élément, ce sont les réglages pour chaque élément qui s'affichent. L'option Tout montre toutes les infos et l'option Rien les cache toutes…
• Modifier la grille : Dans la panneau des Commandes, dernière ligne, actionner le glisseur Grille… Les «nœuds» s'alignent toujours sur les nœuds de la grille. On peut supprimer la grille en choisissant une valeur de 0.
• Visualisation du potentiel: Voir plus bas… (Circuit 3D)
• L'électrode du condensateur entourée d'un rectangle orange est celle qui porte la charge dont la valeur est affichée sur le condensateur.
• La petite flèche jaune sur les selfs indique le sens de montage de la self (et non pas le le sens du courant…)

Sauvegarder et lire une configuration

Pour sauvegarder un circuit, il suffit de cliquer sur le bouton Sauvegarder du Panneau des Commandes et évenuellement choisir un nom de fichier. Le fichier sera enregistré dans le dossier des Téléchargements.

Pour charger un circuit enregistré préalablement, il suffit de cliquer sur le bouton Choisir un fichier (ou quelque chose comme ça…), puis de sélectionner le fichier sur le disque dur…

Le bouton URL (en haut à gauche) met dans le presse-papier une url qui, placée dans un document html (comme lien) ou pdf (cela ne fonctionne pas bien à partir de Word, mais avec LaTeX il ne semble pas y avoir de problème…), permet d'accéder directement au circuit en cours lorsqu'on clique sur le lien. Attention, selon le navigateur utilisé et la taille du circuit, cette url peut être refusée (trop volumineuse…)!

Courants alternatifs (nouveau !)

On peut maintant avoir des générateurs produisant un courant alternatif. Pour cela, il suffit de cliquer sur le générateur et de choisir une fréquence non nulle (dans le panneau rose…). Pour avoir les meilleures conditions possible, il faut choisir une fréquence inférieure à 5 Hz (ce qui correspond à une période supérieure à 0.2 s).

En plus des condensateurs, on peut maintenant placer également des selfs (choisir des valeurs supérieures à 1 pour mieux voir les phénomènes…).

Graphes

Pour chaque élément, on peut afficher le graphe de la ddp ou du courant (ou de la charge) en fonction du temps, à l'aide d'une case à cocher au bas du panneau d'édition de l'élément (cliquer sur l'élément pour faire apparaître ce panneau…).

Tous les graphes choisis sont montrés sur le même graphique, avec des échelles optimales pour chaque graphe. Les courbes se distinguent par leur épaisseur, leur couleur et le style du trait. Pour chaque courbe on trouve un carré à droite des graphes avec le nom de l'élément, la grandeur mesurée et la valeur maximale actuelle pour ce graphe (valeur en haut du cadre entourant les graphes). Deux boutons permettent de changer l'échelle et un troisième d'ôter le graphe…

Pour faire commencer les graphes au début, cliquer sur le bouton t = 0 dans le panneau des commandes, puis sur le bouton marche/arrêt…

Attention, le signe d'un graphe dépend de l'orientation de l'élément: en le retournant (il y a un bouton pour cela sur le panneau d'édition de l'élément), on change le signe du graphe de l'élément en question! On peut voir comment un élément est orienté dans le circuit dans le panneau des réglages, Flux: Nœud 2; dans ce mode le fil entre l'élément et le deuxième «nœud» est remplacé par un trait vert…

Circuit 3D

Rendu visible par la case à cocher 3D dans le panneau du haut. Dans cette version, la vision 3D a été calquée sur le modèle d'un circuit d'eau. Voici les correspondances entre les éléments du circuit électrique et ceux du circuit d'eau :

Fils électriques	Tuyaux d'eau horizontaux
Courant	Débit d'eau (proportionnel à la vitesse de l'eau dans des tuyaux tous identiques)
Potentiel	Hauteur de la colonne d'eau dans des tuyaux verticaux branchés sur les tuyaux horizontaux entre les divers éléments du circuit
Générateur	Pompe à manivelle
Résistance	Etranglement du tuyau
Condensateur	Bouteilles plus ou moins larges (en fonction de la capacité), reliées par le haut (tuyau rempli d'air: voir plus bas…)
Self	Comme une pompe, mais un disque plus ou moins massif (en fonction de la valeur le L) à la place de la manivelle

On peut changer le point de vue du circuit et zoomer :

	Souris	Trackpad	Tablette
Angles	Enfoncer le bouton de la souris sur le circuit 3D avec la touche CTRL (MAC) ou ALT (PC?), puis bouger la souris (sans la relâcher, ni la touche, sauf erreur). Ou enfoncer le bouton droit de la souris et la bouger (sans la relâcher)	Enfoncer le trackpad avec le pouce (lorsque le pointeur est sur le circuit 3D), puis glisser l'index sur le trackpad (sans relâcher le pouce)	Sauf erreur, poser le pouce sur le circuit 3D, puis glisser l'index sans bouger le pouce
Zoom	Actionner la roulette	Glisser deux doigts vers le haut ou vers le bas	Glisser deux doigts vers le haut ou vers le bas

Pour l'instant, l'eau dans un condensateur (en 3D, donc) monte d'un côté et descend de l'autre. Cependant, les niveaux ne correspondent pas avec les niveaux des colonnes d'eau au-dessus des «nœuds» de part et d'autre du condensateur, afin de montrer que les niveaux dans le «condensateur» montent symétriquement autour de la position où le condensateur est déchargé.
Ce comportement peut être obtenu dans un circuit hydraulique réel (en tout cas approximativement) en reliant les deux bouteilles (tubes) du condensateur par le haut. Ainsi, lorsque l'un des niveaux monte, l'autre descend, poussé par l'air dans l'espace au-dessus des niveaux d'eau dans le bouteilles (cet air se comprime un peu et peut alors pousser l'autre niveau vers la bas; ici l'air occupe un volume relativement grand, mais il suffirait que le tuyau reliant les deux bouteilles soit plus mince; si on ajoute la pression de l'air comprimé, on obtient les mêmes pressions que de part et d'autre du condensateur…). Cette façon de faire est surtout utile si on place deux condensateurs en série. Si on ne reliait pas les deux bouteilles de chaque condensateur, il n'y aurait aucune raison pour que les niveaux dans la deuxième bouteille du premier condensateur et la première bouteille du deuxième condensateur se mettent à bouger…

Une case à cocher en bas à gauche du panneau 3D permet de montrer ou non le plan horizontal correspondant au niveau 0 V. En modifiant l'emplacement du potentiel

Merci à toute contribution pour améliorer (ou corriger) le circuit hydraulique ! (Et le reste également…)

Méthode utilisée

Le programme décompose le circuit en mailles (un maille est une suite d'éléments uniques, refermée sur elle-même; chaque élément du circuit doit faire partie d'au moins une maille) et en branches (bouts de circuit dont les nœuds intermédiaires n'ont que deux éléments connectés et les extrémités au moins trois; exception : maille unique).

Ensuite il utilise la loi de Kirchhoff pour les courants (la somme des courants arrivant sur un nœud ayant trois éléments connectés dessus, ou plus, est nulle; on l'applique pour tous ces nœuds, sauf un) ainsi que la seconde loi de Kirchhoff (la somme des ddp dans chaque maille doit être nulle).

Dans un circuit sans selfs, on aura alors un système de n équations à n inconnues qui sont les courants dans chaque branche.

Dans un circuit qui comporte en plus des condensateurs dont on connaît la charge initiale Q, chaque condensateur constitue un générateur de tension U = Q / C (C étant la capacité du condensateur) et on trouve donc facilement tous les courants y compris ceux dans les branches comportant un condensateur. Par contre, comme chaque condensateur se charge ou se décharge, sa charge va se modifier ainsi que la tension à ses bornes et si on applique les lois de Kirchhoff un instant dt plus tard, les courants vont légèrement changer. Pour obtenir la nouvelle tension U', on calcule la nouvelle charge Q' = Q + i · dt, donc U' = Q' / C = (Q' + i · dt) / C. On fait ce calcul au moins 60 fois par seconde (selon la puissance du processeur).

Parfois, la charge d'un condensateur varie très rapidement (si sa résistance est trop petite) et dans ce cas, dans chaque cycle entre deux états affichés à l'écran, on fait le calcul non pas une seule fois, mais plusieurs afin de diminuer le dt et produire des variations plus petites. En tout cas, avec un valeur de résistance de 0.01 ohm, le problème semble jugulé…

Si le circuit comporte une self, il faut se rappeler que le courant dans un self ne peut pas varier instantanément. Si on connaît les courants initiaux dans les branches comportant une self, on prend comme inconnue pour chacune des ces branches non pas le courant (connu), mais la tension contre-électromotrice Eind générée par la self. Une fois résolu le système, on utilise le fait que Eind = L (dI / dt) pour trouver la variation du courant en un temps dt : dI = Eind · dt / L. Au prochain cycle de calcul chaque courant des branches à self sera donc augmenté de dI. Et ainsi de suite…

Bon, c'est un peu plus compliqué, car pour s'en sortir, il faut d'abord remplacer (le temps du calcul) toutes les selfs d'une branche par la self équivalente (somme des coefficients d'induction), une fois trouvé le Eindtot, calculer les Eind pour chaque self de la branche.