Réalisation de circuits simples
Réalisation de circuits simples
Un circuit électrique est une boucle fermée qui part d'une borne du générateur et revient à l'autre : on le schématise avec des symboles, en série ou en dérivation, en évitant les courts-circuits.
Objectifs
- Reconnaître les dipôles d'un circuit et leurs symboles normalisés.
- Réaliser et schématiser un circuit en série et un circuit en dérivation.
- Indiquer le sens conventionnel du courant.
- Utiliser les lois des tensions et des intensités dans les deux montages.
- Reconnaître un court-circuit et connaître les règles de sécurité.
1. Les éléments d'un circuit
Chaque élément possède deux bornes : on l'appelle un dipôle.
| Dipôle | Rôle | Symbole (description) |
|---|---|---|
| Pile (générateur) | Fournit l'énergie électrique | Un grand trait fin (borne +) et un petit trait épais (borne −) |
| Lampe | Transforme l'énergie en lumière (et chaleur) | Un cercle barré d'une croix |
| Interrupteur | Ouvre ou ferme le circuit | Un trait incliné (ouvert) ou droit (fermé) |
| Moteur | Transforme l'énergie en mouvement | Un cercle avec la lettre M |
| Fils de connexion | Relient les dipôles | Des traits droits |
À toi : légende le schéma
Place chaque nom sur le bon symbole de ce circuit.
Dans le schéma ci-dessus, l'interrupteur est ouvert. Que se passe-t-il ?
2. Circuit fermé et sens du courant
Le courant électrique ne circule que dans un circuit fermé : une boucle continue de conducteurs reliant les deux bornes du générateur. Si la boucle est coupée (interrupteur ouvert, fil débranché, lampe grillée), le circuit est ouvert et aucun courant ne passe.
Par convention, le courant sort par la borne + du générateur, traverse le circuit et revient par la borne −. On l'indique par une flèche sur un fil.
3. Montage en série et montage en dérivation
Le montage en série
Les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres : il n'y a qu'une seule boucle. Si un dipôle est retiré ou grillé, tous s'arrêtent.
Le montage en dérivation (en parallèle)
Le circuit comporte plusieurs boucles qui se séparent et se rejoignent en des points appelés nœuds. Chaque branche fonctionne indépendamment des autres.
On ajoute une deuxième branche avec la lampe L2, branchée aux mêmes points que L1.
Les points où le courant se partage et se rejoint sont les nœuds.
Le courant principal I sort de la borne + et se partage au nœud en I1 (branche de L1) et I2 (branche de L2).
Dans le circuit en dérivation ci-dessus, on dévisse la lampe L1. Que fait L2 ?
4. Tensions et intensités dans les deux montages
L'intensité \( I \) (en ampères, A) se mesure avec un ampèremètre branché en série. La tension \( U \) (en volts, V) se mesure avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes du dipôle.
| En série | En dérivation | |
|---|---|---|
| Intensité | La même partout : \( I = I_1 = I_2 \) | Elle se partage : \( I = I_1 + I_2 \) |
| Tension | Elle se partage : \( U = U_1 + U_2 \) | La même aux bornes de chaque branche : \( U = U_1 = U_2 \) |
Exemple résolu 1 : deux lampes en série
Une pile de 4,5 V alimente deux lampes en série. Le voltmètre indique \( U_1 = 2{,}5\ \text{V} \) aux bornes de la première. Quelle est la tension \( U_2 \) aux bornes de la seconde ?
Exemple résolu 2 : deux lampes en dérivation
Dans le circuit en dérivation, l'ampèremètre de la branche principale indique \( I = 0{,}5\ \text{A} \) et celui de la branche de L1 indique \( I_1 = 0{,}2\ \text{A} \). Calcule \( I_2 \). Cherche d'abord !
Voir la solution
\[ I_2 = I - I_1 = 0{,}5 - 0{,}2 = 0{,}3\ \text{A} \]Le courant principal se partage entre les deux branches.
Trois lampes identiques sont en série avec une pile. L'ampèremètre placé avant la première lampe indique 0,15 A. Que mesure-t-il après la troisième ?
5. Court-circuit et sécurité
Il y a court-circuit quand les deux bornes d'un dipôle (ou du générateur) sont reliées par un fil, sans autre appareil. Le courant passe alors presque entièrement par ce fil, qui n'offre presque aucune résistance.
- Court-circuit d'une lampe : cette lampe s'éteint ; dans un circuit en série, l'autre lampe brille plus fort.
- Court-circuit du générateur : le courant devient très intense, les fils et la pile chauffent. C'est dangereux (risque d'incendie).
Pour protéger une installation, on utilise un fusible ou un disjoncteur : ils coupent le circuit dès que l'intensité devient trop grande.
Deux lampes L1 et L2 sont en série. On relie les deux bornes de L1 par un fil. Que se passe-t-il ?
Erreurs fréquentes
Récapitulatif
flowchart LR A[Circuit simple] --> B[En serie] A --> C[En derivation] B --> D[Une seule boucle] B --> E[Meme intensite et tensions qui s ajoutent] C --> F[Plusieurs boucles et des noeuds] C --> G[Meme tension et intensites qui s ajoutent]
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