Programme en vigueur — arrêté du 9 novembre 2015, applicable en 5ème depuis la rentrée 2016. Voir le texte
Circuits électriques : générateur, récepteur, interrupteur. Montage en série vs en dérivation. Loi des nœuds (intensité) et loi des mailles (tension). Multimètre : mesure de tension (V) et d'intensité (A).
La règle d'or
Dans un circuit en série l'intensité est la même partout, alors qu'en dérivation elle se partage entre les branches et se retrouve entière au nœud.
L'erreur que tout le monde fait
Brancher l'ampèremètre en dérivation aux bornes d'une lampe, comme on branche un voltmètre.
Un ampèremètre mesure ce qui traverse, il doit donc être placé sur le chemin du courant, en série ; un voltmètre mesure une différence entre deux points et se place à côté, en dérivation. Confondre les deux ne donne pas seulement une mauvaise mesure : un ampèremètre branché en dérivation court-circuite le composant.
Retenir que l'ampèremètre se coupe dans le fil et que le voltmètre se pose à côté, sans rien couper.
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.
1Ce qu'il faut pour qu'un circuit fonctionne
Définition
Les composants d'un circuit — 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.
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 — 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.
Piège
Brancher un voltmètre en série, ou un ampèremètre en dérivation.
Pourquoi — Les deux grandeurs n'ont pas la même nature. L'intensité traverse un point : pour la mesurer, l'appareil doit être sur le trajet du courant, donc en série. La tension existe entre deux points : l'appareil doit toucher ces deux points, donc être en dérivation. Un ampèremètre branché en dérivation crée en outre un court-circuit et peut être détruit.
Le réflexe — Retenir la formule : l'ampèremètre traverse, le voltmètre encadre.
2Série et dérivation
Définition
Montage en série — 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.
Définition
Montage en dérivation — 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.
Une seule boucle en série ; deux branches et deux nœuds en dérivation.
Règle
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.
3Les deux lois de calcul
Règle
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.
Iprincipale=I1+I2
Règle
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.
Ugeˊneˊrateur=U1+U2
Calculer une intensité ou une tension manquante
Identifier le type de montage : une boucle unique signale une série, la présence de nœuds signale une dérivation.
Écrire la loi d'unicité correspondante : intensité identique partout en série, tension identique en dérivation.C'est cette loi qui fournit les valeurs déjà connues sans aucun calcul.
Écrire ensuite la loi de somme adaptée : loi des nœuds pour les intensités en dérivation, additivité des tensions pour une série.
Isoler la grandeur cherchée et effectuer le calcul, en vérifiant que toutes les valeurs sont dans la même unité.
Contrôler la vraisemblance : une intensité dérivée est toujours inférieure à l'intensité principale, une tension de récepteur toujours inférieure à celle du générateur.
Piège
Appliquer la loi des nœuds aux tensions, ou l'additivité des tensions à un montage en dérivation.
Pourquoi — Les deux lois ne portent pas sur la même grandeur ni sur le même montage. Les intensités s'additionnent en un nœud, donc en dérivation. Les tensions s'additionnent le long d'une boucle, donc en série. Croiser les deux conduit à des résultats absurdes — par exemple une tension de récepteur supérieure à celle du générateur.
Le réflexe — 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 ?
L'essentiel en 10 points
·Circuit fermé = boucle ininterrompue. Ouvert = plus aucun courant.
·Générateur fournit, récepteur consomme, interrupteur ouvre ou ferme.
·Intensité I en ampères : ampèremètre en série — il traverse.
·Tension U en volts : voltmètre en dérivation — il encadre.
·Série : une seule boucle. Un composant retiré, tout s'éteint.
·Dérivation : des branches et des nœuds. Une branche coupée, les autres marchent.
·En série, l'intensité est la même partout.
·En dérivation, la tension est la même sur chaque branche.
·Loi des nœuds : ce qui arrive à un nœud en repart en totalité.
·Additivité des tensions : U du générateur = somme des U des récepteurs en série.
2
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Fiche PDF — Électricité — Circuits simples
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Trois documents à imprimer, 6 pages en tout : le cours, les exercices avec la place pour écrire, et le corrigé détaillé avec son barème.
Vocabulaire et branchements. Répondre en une phrase précise.
Connaître
a.Citer les composants d'un circuit et le rôle de chacun.
b.Quelle grandeur mesure un ampèremètre ? Dans quelle unité, et comment se branche-t-il ?
c.Mêmes questions pour un voltmètre.
d.Comment reconnaît-on un montage en dérivation sur un schéma ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Un générateur fournit l'énergie, un récepteur la consomme, les fils relient, l'interrupteur ouvre ou ferme le circuit.
b. L'intensité, en ampères (A), appareil monté en série — il doit être traversé par le courant.
c. La tension, en volts (V), appareil monté en dérivation aux bornes du composant — il doit toucher les deux points.
d. À la présence de nœuds : le circuit se divise en plusieurs branches, offrant plusieurs chemins au courant.
2
Prévoir le comportement d'un circuit. Justifier chaque réponse par le type de montage.
Raisonner
a.Deux lampes en série ; on en dévisse une. Que devient l'autre ?
b.Deux lampes en dérivation ; on en dévisse une. Que devient l'autre ?
c.On ajoute une troisième lampe en série. Que devient l'éclat des autres ?
d.Comment sont montées les lampes d'une habitation ? Pourquoi ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Elle s'éteint : la boucle unique est ouverte, plus aucun courant ne circule.
b. Elle reste allumée : sa branche est intacte et forme toujours une boucle avec le générateur.
c. Il diminue : la tension du générateur se partage entre trois récepteurs au lieu de deux, et l'intensité baisse.
d. En dérivation, pour que chaque appareil fonctionne indépendamment et sous la même tension — une lampe grillée n'éteint pas la maison.
3
Loi des nœuds. Dans un circuit en dérivation, l'intensité principale vaut 0,45 A. La première branche est parcourue par 0,18 A.
Calculer
a.Calculer l'intensité dans la seconde branche.
b.Vérifier la cohérence du résultat.
c.Une troisième branche de 0,12 A est ajoutée, la tension restant identique. Calculer la nouvelle intensité principale.
d.Que devient l'intensité principale quand on ajoute des branches ? Quel risque cela crée-t-il ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. D'après la loi des nœuds :0,45−0,18=0,27
Soit 0,27 A dans la seconde branche.
b. Contrôle par la somme :0,18+0,27=0,45
Chaque intensité dérivée est bien inférieure à l'intensité principale.
c. Nouvelle intensité principale :0,45+0,12=0,57
Soit 0,57 A.
d. Elle augmente à chaque branche ajoutée. Le risque est la surintensité : les fils chauffent, ce qui justifie la présence d'un disjoncteur en tête d'installation.
4
Additivité des tensions. Un générateur de 6 V alimente trois lampes en série. La première reçoit 2,5 V, la deuxième 1,8 V.
Calculer
a.Calculer la tension aux bornes de la troisième lampe.
b.L'intensité mesurée avant la première lampe vaut 0,20 A. Que vaut-elle après la troisième ? Justifier.
c.Une lampe grille. Que valent alors les tensions et l'intensité ?
d.Quelle lampe brille le plus ? Justifier.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Par additivité des tensions :6−2,5−1,8=1,7
Soit 1,7 V aux bornes de la troisième.
b. Toujours 0,20 A : en série, l'intensité est la même en tout point de la boucle.
c. Le circuit est ouvert : l'intensité devient nulle, et les lampes restantes reçoivent une tension nulle. Toute la tension du générateur se retrouve aux bornes de la coupure.
d. La première, qui reçoit la plus grande tension — 2,5 V — alors que l'intensité qui la traverse est la même que pour les autres.
5
Analyse d'un schéma mixte. Un générateur alimente une lampe L1, puis le circuit se divise en deux branches portant L2 et L3.
Analyser
a.Quelle lampe est en série avec l'ensemble ? Lesquelles sont en dérivation ?
b.L2 est dévissée. Que deviennent L1 et L3 ?
c.L1 est dévissée. Que deviennent L2 et L3 ? Pourquoi la réponse diffère-t-elle ?
d.L'intensité dans L1 vaut 0,30 A, celle dans L2 vaut 0,11 A. Calculer celle dans L3.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. L1 est en série avec l'ensemble, puisqu'elle est traversée par tout le courant. L2 et L3 sont en dérivation l'une par rapport à l'autre.
b. L1 et L3 restent allumées : leur chemin passe par la branche intacte, la boucle est toujours fermée. L3 brille toutefois davantage, l'intensité totale s'étant reportée sur elle seule.
c. L2 et L3 s'éteignent toutes les deux. La différence tient à la position de L1 : elle est sur le tronc commun, donc sa coupure ouvre le seul chemin par lequel le courant peut sortir du générateur.
d. Par la loi des nœuds :0,30−0,11=0,19
Soit 0,19 A dans L3.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Brancher ampèremètre et voltmètre correctement3 ptsPerdu si : Placer le voltmètre en série
Reconnaître un montage série ou dérivation sur un schéma3 ptsPerdu si : Appeler « série » un circuit qui présente des nœuds
Énoncer la bonne loi d'unicité selon le montage3 ptsPerdu si : Affirmer que la tension est la même partout en série
Appliquer la loi des nœuds à une intensité manquante4 ptsPerdu si : Additionner des intensités le long d'une série
Appliquer l'additivité des tensions dans une boucle4 ptsPerdu si : Trouver une tension de récepteur supérieure à celle du générateur
Prévoir l'effet du retrait d'un composant3 ptsPerdu si : Donner la même réponse quel que soit le montage
4
La méthode
Mesurer une intensité et une tension
1
Dessiner le circuit et repérer s'il est en série ou s'il comporte des nœuds.
2
Ouvrir le circuit à l'endroit voulu et y insérer l'ampèremètre, calibre le plus grand d'abord.
On réduit ensuite le calibre pour gagner en précision, jamais l'inverse.
3
Placer le voltmètre en dérivation, directement aux bornes du composant à mesurer.
4
Relever les valeurs avec leur unité : l'ampère pour l'intensité, le volt pour la tension.
5
Vérifier la cohérence : même intensité partout en série, somme des intensités des branches en dérivation.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-Chimie5ème
Question 1
Lors d'un entraînement de tennis, un joueur utilise un bracelet connecté qui se recharge via un panneau solaire de P=5W. La tension aux bornes du panneau est U=5V. Quelle est l'intensité du courant de charge du bracelet ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
4 contrôles sur ce chapitre, chacun avec sa durée, son barème sur vingt et un corrigé qui explique chaque réponse. Trois niveaux — Essentiel, Standard, Approfondi — se complètent sans reposer une question : on commence par celui qui correspond, et la note dit lequel faire ensuite.
Électricité — Circuits simples : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au collège, en classe de 5ème. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Électricité — Circuits simples ?+
Circuits électriques : générateur, récepteur, interrupteur. Montage en série vs en dérivation. Loi des nœuds (intensité) et loi des mailles (tension). Multimètre : mesure de tension (V) et d'intensité (A). Les notions à maîtriser sont : circuit, série, dérivation, intensité, tension, générateur.
Où télécharger la fiche PDF de Électricité — Circuits simples ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Électricité — Circuits simples est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Électricité — Circuits simples ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.
Notions voisines
Les chapitres qui traitent des mêmes notions, ici ou dans une autre année.