Circuits électriques : circuit en série, en dérivation et loi des nœuds
🎯 L'essentiel en 30 secondes
- Circuit en série : Les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres. L’intensité est la même partout (I = I₁ = I₂).
- Circuit en dérivation : Les dipôles sont branchés sur des boucles différentes. La tension est la même aux bornes de chaque dipôle (U = U₁ = U₂).
- Loi des nœuds : Σ I arrivant = Σ I repartant (ex. : I₁ = I₂ + I₃).
- Mesurer l’intensité : Brancher un ampèremètre en série (symbole : A dans un cercle).
- Formule clé :
I_total (série) = I₁ = I₂ U_total (dérivation) = U₁ = U₂
💡 Le Concept Décrypté
Imagine une autoroute (le circuit électrique) avec des voitures (les électrons).
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En série : Les voitures roulent sur une seule voie. Si un bouchon (une lampe grillée) bloque la route, toutes les voitures s’arrêtent (le circuit est coupé). C’est pourquoi les guirlandes de Noël bas de gamme s’éteignent entièrement si une ampoule lâche ! L’intensité (le nombre de voitures passant par seconde) est identique partout.
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En dérivation : Les voitures ont le choix entre plusieurs voies (comme un péage avec plusieurs files). Si une voie est bloquée, les autres continuent de fonctionner. C’est le principe des installations électriques domestiques : votre frigo et votre lampe de chevet ne s’éteignent pas si vous débranchez votre chargeur de téléphone. La tension (l’énergie par voiture) est la même sur chaque voie.
Pourquoi ce concept existe ? Pour concevoir des circuits fiables ! En série, c’est simple mais fragile. En dérivation, c’est robuste mais plus complexe. La loi des nœuds (comme un carrefour routier) explique comment l’intensité se répartit : autant de voitures qui arrivent que de voitures qui repartent.
📐 La Méthode Pas-à-Pas
Problème : Dans le circuit ci-dessous, calculer l’intensité I₂ mesurée par l’ampèremètre A₂.
[Générateur 6V]
|
A₁
|
[Lampe 1]
/ \\
A₂ [Lampe 2] A₃ [Lampe 3]
\ /
|
[Interrupteur fermé]
Données : I₁ (A₁) = 0,5 A ; I₃ (A₃) = 0,2 A.
Étapes :
- Identifier le type de circuit : Les lampes 2 et 3 sont en dérivation (elles forment deux boucles distinctes).
- Appliquer la loi des nœuds au nœud avant les lampes 2 et 3 :
- Intensité arrivant (I₁) = Intensité repartant (I₂ + I₃).
- Formule : I₁ = I₂ + I₃.
- Remplacer par les valeurs connues :
- 0,5 A = I₂ + 0,2 A.
- Isoler I₂ :
- I₂ = 0,5 A – 0,2 A = 0,3 A.
- Vérifier l’unité : L’intensité s’exprime en ampères (A).
Réponse finale : L’ampèremètre A₂ mesure 0,3 A.
❌ Le Piège du Prof
| Erreur classique | Correction | Pourquoi ça arrive ? |
|---|---|---|
| Brancher l’ampèremètre en dérivation (comme un voltmètre). | Brancher l’ampèremètre en série avec le dipôle. | Le cerveau confond les symboles : l’ampèremètre (A) ressemble au voltmètre (V), mais leur branchement est opposé ! Un ampèremètre en dérivation court-circuite le dipôle et peut griller. |
| Croire que l’intensité diminue après une lampe en série. | L’intensité est constante en série (I = I₁ = I₂). | On imagine que les électrons « s’usent » en traversant une lampe, comme de l’eau dans un tuyau. En réalité, le courant est le même partout dans un circuit en série. |
🛠️ Fiche Technique & Mots-clés
Définitions
- Circuit électrique : Ensemble de dipôles (générateur, lampes, etc.) reliés par des fils conducteurs.
- Circuit en série : Dipôles branchés les uns à la suite des autres. L’intensité est identique en tout point.
- Circuit en dérivation : Dipôles branchés sur des boucles différentes. La tension est identique aux bornes de chaque dipôle.
Formules clés
- Loi des nœuds (circuit en dérivation) : I₁ = I₂ + I₃ (somme des intensités arrivant = somme des intensités repartant).
- Intensité en série : I_total = I₁ = I₂.
- Tension en dérivation : U_total = U₁ = U₂.
Règles d’or
- Ampèremètre : Toujours branché en série (mesure l’intensité). Symbole : A dans un cercle.
- Tension : Mesurée avec un voltmètre en dérivation.
- Nœud : Point de connexion où le courant se sépare ou se rejoint.
Schémas à retenir
Série : [Générateur] — [Lampe 1] — [Lampe 2] — (retour)
Dérivation : [Générateur] —+— [Lampe 1] —+
|
+— [Lampe 2] —+
Mots-clés intégrés : circuit électrique, série, dérivation, intensité, tension, loi des nœuds, ampèremètre.