Fiche à trous · 5ème · Physique-Chimie

Électricité — Circuits simples

Complétez de mémoire, puis vérifiez avec la page de corrigé.

Dévissez une ampoule d'une guirlande : parfois toute la guirlande s'éteint, parfois les autres restent allumées. Le même geste, deux résultats opposés. La différence ne tient pas à l'ampoule mais à la façon dont le circuit est monté — et ce chapitre apprend à la lire sur un schéma avant même de brancher quoi que ce soit.

Ce qu'il faut pour qu'un circuit fonctionne

Définition — Les composants d'un circuit :

Le courant électrique dans un métal est un déplacement d'électrons. Par convention historique, on représente le sens du courant de la borne + vers la borne − du générateur à l'extérieur de celui-ci — sens opposé au déplacement réel des électrons. Cette convention est antérieure à la découverte de l'électron ; elle est conservée parce que tous les schémas du monde l'emploient.

Définition — Intensité et tension :

Piège

Brancher un voltmètre en série, ou un ampèremètre en dérivation.

Retenir la formule : l'ampèremètre traverse, le voltmètre encadre.

Série et dérivation

Définition — Montage en série :

Définition — Montage en dérivation :

Règle

Les deux lois de calcul

Règle

Calculer une intensité ou une tension manquante

Piège

Appliquer la loi des nœuds aux tensions, ou l'additivité des tensions à un montage en dérivation.

Associer chaque loi à sa figure : nœud → intensités, boucle → tensions.

Un court-circuit se produit lorsqu'un fil relie directement les deux bornes d'un récepteur, ou du générateur. Le courant emprunte ce chemin sans résistance : l'intensité devient très grande, les fils chauffent, et le générateur peut être détruit. Le fusible et le disjoncteur existent pour couper le circuit avant que ce risque ne se réalise.

Ai-je vérifié que le circuit est fermé avant d'expliquer un dysfonctionnement ?
Ai-je branché l'ampèremètre en série et le voltmètre en dérivation ?
Ai-je reconnu le montage : une boucle → série, des nœuds → dérivation ?
Ai-je écrit que l'intensité est la même partout en série ?
Ai-je écrit que la tension est la même sur chaque branche en dérivation ?
Ai-je appliqué la loi des nœuds aux intensités et l'additivité aux tensions ?

Corrigé · à détacher

Électricité — Circuits simples

1. Un circuit électrique comprend un générateur, qui fournit l'énergie — pile, batterie, alimentation ; un ou plusieurs récepteurs, qui la consomment — lampe, moteur, résistance ; des fils de connexion ; et souvent un interrupteur, qui ouvre ou ferme le circuit. Un circuit fermé forme une boucle ininterrompue et le courant y circule ; un circuit ouvert est coupé quelque part, et rien ne circule.
2. L'intensité du courant, notée I, mesure le débit de charges qui traversent un point du circuit ; elle s'exprime en ampères (A) et se mesure avec un ampèremètre monté en série. La tension, notée U, mesure l'écart d'énergie électrique entre deux points ; elle s'exprime en volts (V) et se mesure avec un voltmètre monté en dérivation aux bornes du composant.
3. Dans un montage en série, les composants sont placés les uns à la suite des autres sur une boucle unique. Le courant n'a qu'un seul chemin possible. Conséquence immédiate : si un composant est retiré ou grillé, le circuit est ouvert et tout s'arrête. Ajouter une lampe en série fait de plus baisser l'éclat de toutes les autres.
4. Dans un montage en dérivation, les composants sont placés sur des branches différentes, reliées entre elles par des nœuds. Chaque branche offre un chemin séparé au courant. Conséquence : si un composant grille, les autres branches continuent de fonctionner. C'est le montage employé dans une habitation — une lampe qui grille n'éteint pas la maison.
5. Une seule boucle en série ; deux branches et deux nœuds en dérivation.
6. Deux lois d'unicité, à ne jamais intervertir. En série, l'intensité est la même partout : le courant n'a qu'un chemin, il ne peut ni s'accumuler ni se perdre. En dérivation, la tension est la même aux bornes de chaque branche, puisque toutes les branches relient les deux mêmes nœuds.
7. Loi des nœuds. En un nœud, la somme des intensités des courants qui arrivent est égale à la somme de celles qui en partent. Le courant se répartit entre les branches, mais rien ne se crée ni ne disparaît. Pour deux branches : l'intensité principale est la somme des deux intensités dérivées.
8. $I_{principale} = I_{1} + I_{2}$
9. Loi des mailles, dite aussi loi d'additivité des tensions. Dans une boucle, la tension du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs placés en série. Chaque récepteur prélève sa part de la tension totale.
10. $U_{g \overset{e}{ˊ} n \overset{e}{ˊ} rateur} = U_{1} + U_{2}$
11. Identifier le type de montage : une boucle unique signale une série, la présence de nœuds signale une dérivation.
12. Écrire la loi d'unicité correspondante : intensité identique partout en série, tension identique en dérivation.
13. Écrire ensuite la loi de somme adaptée : loi des nœuds pour les intensités en dérivation, additivité des tensions pour une série.
14. Isoler la grandeur cherchée et effectuer le calcul, en vérifiant que toutes les valeurs sont dans la même unité.
15. Contrôler la vraisemblance : une intensité dérivée est toujours inférieure à l'intensité principale, une tension de récepteur toujours inférieure à celle du générateur.