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Cours — Circuits électriques

4e · Cycle 4 · L’énergie, ses transferts et ses conversions

Dipôles en série et en dérivation, intensité et tension, lois d’unicité et d’additivité, résistance et loi d’Ohm.

Objectifs
Partie 1

Schématiser un circuit

Un circuit électrique comporte un générateur et des dipôles (composants à deux bornes) reliés par des fils. On le représente par un schéma normalisé.

SymboleDipôle
+−pile (générateur) : le trait long est la borne +
lampe
résistor (conducteur ohmique)
Mmoteur
interrupteur ouvert
interrupteur fermé
Aampèremètre
Vvoltmètre
Circuit en série : une seule boucle ; les dipôles sont les uns à la suite des autres.
Circuit en dérivation : plusieurs boucles ; les branches sont reliées entre deux nœuds (points où se rejoignent au moins trois fils).
L₁R+−GK

Circuit en série : pile, lampe L₁, résistor R, interrupteur K.

L₁L₂+−GNP

Circuit en dérivation : deux branches entre les nœuds N et P.

Partie 2

L’intensité du courant

L’intensité du courant, notée I, se mesure en ampères (A) avec un ampèremètre branché en série : on ouvre le circuit et on y insère l’appareil (le courant entre par la borne A ou mA et sort par COM).

1 A = 1 000 mA ; 250 mA = 0,250 A.
Loi d’unicité (série) : l’intensité est la même en tout point d’un circuit en série.
Loi des nœuds (dérivation) : l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités des branches dérivées : I = I₁ + I₂
L₁L₂+−GAAAA₁AA₂NP

A mesure I (branche principale), A₁ mesure I₁, A₂ mesure I₂.

Partie 3

La tension électrique

La tension entre deux points, notée U, se mesure en volts (V) avec un voltmètre branché en dérivation, aux bornes du dipôle (borne V du côté du + du générateur, COM du côté du −).

LV+−GK

Le voltmètre est branché aux bornes de la lampe L.

Loi d’additivité (série) : la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles : U = U₁ + U₂
Loi d’unicité (dérivation) : les dipôles branchés en dérivation ont la même tension à leurs bornes : U = U₁ = U₂
Ne pas confondre : en série, c’est l’intensité qui est la même partout ; en dérivation, c’est la tension qui est la même pour chaque branche.
Partie 4

Résistance et loi d’Ohm

Un résistor s’oppose plus ou moins au passage du courant : il est caractérisé par sa résistance R, en ohms (Ω), mesurée avec un ohmmètre (circuit débranché). Plus R est grande, plus l’intensité est faible pour une même tension.

U = R × I

GrandeurUnité
U : tensionvolt (V)
R : résistanceohm (Ω)
I : intensitéampère (A)

La courbe U = f(I) d’un résistor (sa caractéristique) est une droite passant par l’origine : U et I sont proportionnelles.

Méthode — exemple rédigé. Un résistor de 150 Ω est soumis à une tension de 4,5 V. Quelle intensité le traverse ?
1) Relation : U = R × I, donc I = U / R.
2) Calcul : I = 4,5 / 150 = 0,03 A = 30 mA.
3) Vérification : l’intensité est en ampères car U est en volts et R en ohms.
Erreur fréquente : utiliser des milliampères dans U = R × I. Il faut toujours convertir l’intensité en ampères.
Partie 5

Court-circuit et sécurité

Il y a court-circuit quand deux bornes d’un dipôle sont reliées par un fil de connexion : le courant passe par le fil et plus par le dipôle, qui s’éteint.

On ne relie jamais directement les deux bornes d’un générateur ; on ne branche jamais un ampèremètre en dérivation (cela crée un court-circuit). Les fusibles et disjoncteurs coupent le courant si l’intensité devient trop grande.
L’essentiel
  • Ampèremètre en série, intensité en A ; voltmètre en dérivation, tension en V.
  • Série : même intensité partout ; additivité des tensions U = U₁ + U₂.
  • Dérivation : loi des nœuds I = I₁ + I₂ ; même tension aux bornes de chaque branche.
  • Loi d’Ohm : U = R × I, avec I en ampères ; caractéristique = droite passant par l’origine.
  • Court-circuit du générateur : danger d’incendie.
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