Électricité — Circuits simples

Repérer une erreur et la corriger

La copie du document 1 contient quatre erreurs ; sa première ligne est juste. Pour chaque erreur, indique la ou les lignes, explique ce qui est faux et écris ce qu’il fallait dire.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Lignes 2 et 3 — les deux lois croisées.

   1 pt
   Voir la correction

   La loi des nœuds porte sur les intensités, pas sur les tensions. En dérivation, la tension est la même aux bornes de chaque branche : L1 et L2 reçoivent toutes deux 4,5 V, et L2 brille comme L1.

   Croiser les lois mène à une conclusion absurde : une lampe éteinte dans une branche pourtant intacte.

2. 2.Ligne 4 — une confusion entre les deux appareils de mesure.

   1 pt
   Voir la correction

   Il faut ouvrir la branche de L1 et y intercaler l’ampèremètre, qui doit être traversé. Posé aux bornes de L1, il court-circuite la lampe et risque d’être détruit.

   L’intensité traverse un point : l’appareil qui la mesure doit être traversé par le courant.

3. 3.Ligne 5 — les deux bornes permutées.

   1 pt
   Voir la correction

   C’est l’inverse : à l’extérieur du générateur, la convention fait partir le courant de la borne + pour le ramener à la borne −. Seuls les électrons circulent dans l’autre direction.

   Camille confond la convention et le déplacement réel des électrons, qui va en sens inverse.

4. 4.Ligne 6 — une mesure invraisemblable.

   1 pt
   Voir la correction

   Une intensité dérivée ne peut pas dépasser l’intensité principale : par la loi des nœuds, l’intensité du générateur est la somme des intensités des deux branches, donc supérieure à 0,3 A.

   C’est le contrôle de vraisemblance de la méthode : la somme ne peut pas être plus petite que l’un de ses termes.

Transférer ses connaissances

Réponds à chaque question en justifiant par le trajet du courant ou par une loi du cours.

1. 1.Deux guirlandes ont l’air identiques. Sur la première, dévisser une ampoule éteint toutes les autres ; sur la seconde, les autres restent allumées. Déduis le montage de chacune et justifie.

   1.5 pt
   Voir la correction

   La première est en série : l’ampoule retirée ouvre la boucle unique et plus aucun courant ne circule. La seconde est en dérivation : chaque ampoule est sur sa branche, et les autres branches restent des boucles fermées avec le générateur.

   On remonte de l’observation au montage : un seul chemin coupé arrête tout, des chemins séparés ne s’arrêtent pas ensemble. 0,5 point par montage juste, 0,5 pour les deux justifications.

2. 2.Le fabricant de la première guirlande veut qu’une ampoule grillée n’éteigne plus les autres. Que doit-il changer au montage, et pourquoi cela suffit-il ?

   1 pt
   Voir la correction

   Il doit monter les ampoules en dérivation : chaque ampoule a alors sa propre branche, et une ampoule grillée n’ouvre que la sienne.

   Le défaut vient du chemin unique de la série ; donner à chaque ampoule son chemin le supprime.

3. 3.Dans une maison, on fait fonctionner de plus en plus d’appareils en même temps. Explique, avec la loi des nœuds, pourquoi le disjoncteur finit par couper le courant, et à quoi sert cette coupure.

   1.5 pt
   Voir la correction

   Les appareils sont en dérivation : chaque appareil ajouté est une branche de plus, dont l’intensité s’ajoute au nœud. L’intensité principale augmente ; trop grande, elle fait chauffer les fils, et le disjoncteur coupe le circuit pour éviter ce danger.

   La loi des nœuds fait de l’intensité principale la somme des intensités des branches : plus il y a de branches, plus elle est grande.

4. 4.Un fil de connexion relie sans danger un générateur à une lampe. Pourquoi le même fil devient-il dangereux s’il relie directement les deux bornes du générateur ?

   1 pt
   Voir la correction

   Il crée alors un court-circuit : le courant emprunte ce chemin sans résistance, l’intensité devient très grande, les fils chauffent et le générateur peut être détruit.

   Dans le premier cas, le fil n’est qu’un trajet vers un récepteur ; dans le second, il remplace tout récepteur par un chemin sans obstacle.

Diagnostiquer avec des mesures

Le groupe de Nora a réalisé le montage du document 2 et noté ses mesures dans le document 3. Exploite ces deux documents pour répondre.

1. 1.Une seule tension du document 3 est fausse. Laquelle ? Prouve-le avec deux lois différentes, puis donne la valeur attendue.

   2 pt
   Voir la correction

   La tension de L3 (ligne 4). Unicité en dérivation : L2 et L3 relient les mêmes nœuds N1 et N2, donc L3 doit avoir 3,6 V comme L2. Additivité : la boucle G, L1, L3 donnerait $2,4+4,1=6,5$ V, plus que les 6,0 V du générateur, alors que la boucle G, L1, L2 tombe juste avec $2,4+3,6=6,0$. Valeur attendue : 3,6 V.

   Une loi seule laisse un doute sur la mesure coupable ; deux lois qui accusent la même valeur la désignent. 0,5 point pour la mesure, 0,5 par loi, 0,5 pour la valeur.

2. 2.Les valeurs relevées par A, A2 et A3 s’accordent-elles ? Prouve-le en appliquant la loi adaptée.

   1 pt
   Voir la correction

   Oui : en N1, $0,32+0,18=0,50$, ce qui est bien la valeur relevée par A.

   Le courant qui traverse A arrive en N1 et s’y partage entre les branches de L2 et de L3.

3. 3.Plus tard, A3 indique 0 A alors que L1 et L2 brillent toujours. Formule une hypothèse sur la panne et justifie-la.

   1.5 pt
   Voir la correction

   L3 est grillée ou dévissée : sa branche est ouverte, d’où 0 A dans A3. L1 et L2 brillent encore parce que la boucle G, K, A, A2, L2, L1 reste fermée.

   Une branche ouverte n’arrête que son propre courant ; le tronc commun et l’autre branche continuent de former une boucle.

4. 4.Que se passe-t-il pour les trois lampes si l’on ouvre K ? Et si K avait été placé dans la branche de L3 ?

   1.5 pt
   Voir la correction

   K étant sur le tronc commun, l’ouvrir éteint les trois lampes, car le seul chemin qui part du générateur est coupé. Placé dans la branche de L3, K n’éteindrait que L3 ; L1 et L2 formeraient toujours une boucle fermée avec le générateur.

   L’effet d’un interrupteur dépend de sa place : sur le tronc commun il commande tout, dans une branche il ne commande qu’elle.

Argumenter par écrit

Un camarade affirme : « Une lampe consomme le courant : après elle, il en reste moins qu’avant. » Rédige un paragraphe de huit à dix lignes qui montre qu’il se trompe, en t’appuyant sur une loi du cours, et qui propose une expérience pour le convaincre.

1. 1.Je prends position : l’idée du camarade est fausse.

   0.5 pt
   Voir la correction

   Par exemple : « Le courant ne s’use pas en traversant une lampe. »

   Un argument commence par prendre position : le lecteur sait d’emblée ce que la suite démontre.

2. 2.Je m’appuie sur la règle d’unicité qui contredit le camarade.

   1 pt
   Voir la correction

   Dans une boucle unique, l’intensité garde la même valeur partout, à l’entrée comme à la sortie de la lampe.

   C’est la loi d’unicité de l’intensité : elle répond directement à « il en reste moins après ».

3. 3.Je justifie cette règle par le trajet du courant.

   1 pt
   Voir la correction

   La boucle n’offre qu’un unique trajet : aucune charge ne peut s’arrêter dans la lampe ni la contourner, et tout ce qui y entre en ressort.

   Une loi expliquée convainc mieux qu’une loi récitée : la boucle unique ne laisse aucune fuite possible.

4. 4.Je précise ce que la lampe utilise réellement.

   1 pt
   Voir la correction

   La lampe dépense l’énergie que lui apporte le générateur, et non le courant.

   C’est la source de la confusion du camarade : ce qui est consommé, c’est l’énergie, pas le débit de charges.

5. 5.Je propose une expérience de mesure et son résultat attendu.

   1.5 pt
   Voir la correction

   Placer un ampèremètre en série avant la lampe, puis après elle, en commençant par le plus grand calibre : les deux indications sont égales.

   Une mesure tranche le débat ; l’appareil doit être traversé par le courant, donc monté en série. 0,5 pour l’appareil, 0,5 pour le montage, 0,5 pour le résultat.