Le courant electrique continu support de cours
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Dipôle
– Un dipôle est un composant électrique qui possède deux bornes.
– Il est récepteur s’il transforme le courant électrique en énergie (mécanique, lumineuse, thermique…).
Exemple : lampe, diode, moteur…
– Il est générateur s’il fournit de l’énergie électrique au circuit.
Exemple : pile, générateur de courant continu… piles moteur
D.E.L. : diodes Electroluminescentes résistances diode interrupteur
– Un circuit est une suite de dipôles reliés par des fils.
– Un circuit contient au moins un générateur (ex : pile) et un récepteur (ex : lampe). exemple de circuit électrique
– Un nœud est le point d'intersection avec connexion d'au moins 3 conducteurs.
– Si deux nœuds sont seulement séparés par un fil, il s'agit d’un court-circuit, et donc d’un seul et même noeud. exemple de circuit électrique possédant 2 nœuds
– Une branche est un morceau du circuit compris entre deux nœuds consécutifs.
– Une branche contient au moins un dipôle.
– On appelle branche principale celle qui contient le générateur (celle en rouge sur la figure). exemple de circuit électrique possédant 4 nœuds et 6 branches
Sur la figure ci-contre, le courant ne passe que si la boucle n’a pas de coupure et possède un générateur : il faut fermer l’interrupteur.
– Deux dipôles sont montés en série s’ils sont branchés l'un à la suite de l'autre sans nœud entre les deux.
Exemple de montage série (simple boucle)
– Deux dipôles sont montés en dérivation s’ils sont séparés par deux nœuds et que l'on peut relier leurs bornes deux à deux (des deux côtés) en ne passant que par des fils de connexion (sans rencontrer d'autre nœud).
Inconvénient : si on branche trop de boucles sur le même générateur, il peut délivrer un courant trop élevé pour lui et les fils, donc, surchauffe.
Exemple de montage en dérivation (plusieurs boucles : ici, il y en a deux)
Générateur de courant continu
Pile Lampe Interrupteur ouvert fermé
Moteur Diode D.E.L. : diodes électroluminescentes
Résistance Fil de connexion
Questions :
– sur le générateur.
…
Réponses :
– sur le générateur.
Réponses :
– sur le générateur.
…
Réponses :
– sur le générateur.
….
Réponses :
– sur le générateur.
…
Réponses :
R1 et R2, R10 et R11.
…
Réponses :
– sur le générateur.
R6 et pile (entre A et B).
…
Réponses :
– sur le générateur.
…
L’INTENSITÉ DU COURANT
Chapitre 2
– Réaliser un circuit en boucle simple comportant une pile (4.5 V), un interrupteur et une lampe (6 V – 100 mA).
Circuit en boucle simple
A COM
Schéma correspondant au circuit
A
I1
Circuit en boucle simple
L’unité d’intensité est l’ampère (symbole : A).
Schéma du premier circuit
Lorsque l’interrupteur est ouvert, le circuit est ouvert, il n’y a pas de courant qui circule dans la lampe : l’intensité est nulle,
donc I1 = 0 A.
Schéma du premier circuit
Lorsque l’interrupteur est fermé, le circuit est fermé, il y a un courant qui circule dans la lampe : l’intensité I1 est positive, donc I1 > 0 A.
Schéma du premier circuit
I2 = I1 / 2 : les lampes s’éclairent moins.
Schéma du premier circuit Schéma du second circuit
I2 < I1 : les lampes s’éclairent moins.
Dans un circuit série, plus on ajoute de dipôles récepteurs, plus l’intensité du courant, qui les traverse, diminue.
– Le courant électrique continu consiste en un déplacement de charges électriques négatives : les électrons.
– Les électrons se déplacent de la borne (–) vers la borne (+) du générateur.
– Mais par convention, on précise sur les schémas le sens du courant de la borne (+) vers la borne (–) du générateur.
– Les charges électriques se déplacent dans un circuit électrique comme un fluide (air, eau) dans un tuyau.
– Le débit représente la quantité de fluide qui passe dans une section du tuyau pendant l'unité de temps (exemple : 3 litres par seconde).
– De même, l'intensité du courant représente le débit des charges électriques en un point du circuit (dans une section du conducteur).
– L’intensité du courant électrique se mesure avec un ampèremètre branché en série.
– L’unité d’intensité est l’ampère (symbole A).
– Le milliampère (mA) est très utilisé : 1 mA = 0,001 A.
– Lorsque l’intensité du courant traversant une lampe augmente, son éclat augmente.
– L’intensité du courant d’un circuit ouvert est nulle.
– Réaliser un circuit en boucle simple comportant un générateur et deux lampes différentes.
– Placer l’ampèremètre à diverses positions dans le circuit et répondez aux questions.
– Matériel : Générateur (4.5 V) + Lampes (6 V – 100 mA)
G
L2 L1
3 − + 1
2
Que vaut l’intensité du courant I1 ?
Exemple : I1 ≈ 56.5 mA.
Que vaut l’intensité du courant I2 ?
Exemple : I2 ≈ 56.3 mA.
A COM
Que vaut l’intensité du courant I3 ?
Exemple : I3 ≈ 56.8 mA.
I1 = I2 = I3 ≈ 56.5 mA.
A COM
Que remarque t -on ?
L’intensité ne dépend pas de l’ordre des dipôles récepteurs dans un circuit en série.
I = I’ ≈ 56.5 mA.
– Dans un circuit série, l’intensité du courant est la même dans tous les dipôles.
– L’intensité du courant ne dépend pas de l’ordre des dipôles.
– Dans un circuit série, plus on ajoute de dipôles récepteurs, plus l’intensité du courant, qui les traverse, diminue.
I1
I2 < I1 : les lampes s’éclairent moins.
– Réaliser un circuit comportant un générateur et deux lampes en dérivation.
– Placer l’ampèremètre à diverses positions dans le circuit et ré- pondez aux questions.
– Matériel : Générateur (4.5 V) + Lampes (6 V – 100 mA)
– Le circuit comporte une branche principale (celle où se trouve le générateur) et deux branches dérivées.
– Toutes ces branches se raccordent aux deux nœuds A et B.
Que vaut l’intensité du courant I ?
Exemple : I ≈ 141.5 mA.
Vérifier que l’intensité est la même sur toute la branche principale.
…
Que valent les intensités du courant I1 dans la lampe L1, et I2 dans la lampe L2 ?
Exemple :
I1 ≈ 71.5 mA et
I G 2 ≈ 70.8 mA. L2
Réponses :
…
– Dans un circuit en dérivation, l’intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches dérivées.
– Exemple sur la figure ci-dessous : pour trois dipôles en dérivation, on a I = I1 + I2 + I3… pour chacun des deux nœuds.
…
– Dans un circuit en dérivation, plus on ajoute de branches dérivées, plus l’intensité du courant, qui traverse la branche principale, augmente.
G + − L1
I I1
G L2 + − L1
I’ I1 I2
I < I’ car I1 < I1 + I2 : le générateur est surchargé.
– Dans un circuit en dérivation, plus on ajoute de branches dérivées, plus l’intensité du courant, qui traverse la branche principale, augmente.
Si le courant dans la branche principale est trop important, cela entraîne un surchauffement des fils de connexion (risque d’incendie) et une déterioration progressive du générateur.
G − + M
Indique pour chaque intensité le calibre le mieux adapté (disponible sur l’ampèremètre ci-contre).
Intensité 25 mA 8 mA 1,5 A 0,195 A
Calibre
Intensité 1,95 mA 205 mA 150 µA 2,2 A
Calibre
Indique pour chaque intensité le calibre le mieux adapté (disponible sur l’ampèremètre ci-contre).
Intensité 25 mA 8 mA 1,5 A 0,195 A
Calibre 200 mA 20 mA 2000 mA 200 mA
Intensité 1,95 mA 205 mA 150 µA 2,2 A
Calibre 2 mA 2000 mA 200 µA ERREUR
Observe le montage ci-contre.
Observe le montage ci-contre.
A I COM A
+ –
Observe le montage ci-contre.
Observe le montage ci-contre.
Non, l’ampèremètre est branché à l’envers : le courant rentre ici par la borne COM et la valeur mesurée est négative. Il faudrait inverser les bornes.
Observe le montage ci-contre.
Si l’on place l’ampèremètre entre la pile et la lampe, sans changer le sens de l’ampèremètre, la valeur mesurée sera de
– 17.3 mA : loi d’unicité du courant dans un circuit en série.
Observe le montage ci-contre.
Justifie ta réponse.
Observe le montage ci-contre.
Le calibre utilisé est : 20 mA
Justifie ta réponse.
Observe le montage ci-contre.
L’intensité mesurée est :
I = – 17.3 mA
Justifie ta réponse.
Observe le montage ci-contre.
Justifie ta réponse.
Le calibre choisi est le mieux adapté : plus grand que la valeur mesurée pour permettre la mesure, mais le plus petit possible pour avoir la meilleure précision.
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Anita veut vérifier la loi d’additivité des intensités dans un circuit en dérivation :
I = I1 + I2
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Réponse :
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Le calibre choisi pour mesurer I est 200 mA, or I = I1 + I2 ≈ 300 mA > 200 mA, d’où le « 1. » affiché sur l’écran.
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Si on utilise la loi d’additivité des intensités pour calculer I, on a : I = I1 + I2 = 105.5 mA + 192.5 mA = 298.0 mA
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
Anita a dessiné ci-contre le montage qu’elle a réalisé.
…
Le circuit électrique d’une habitation est un circuit comportant des dérivations.
Pour comprendre son fonctionnement,
un élève a schématisé ce circuit (schéma ci-contre).
Un ampèremètre placé en série avec la pile mesure l’intensité du courant qui la traverse.
Voici les mesures obtenues en fonction des états des interrupteurs.
Seul K1 est fermé 100 mA
Seul K2 est fermé 200 mA
Seul K3 est fermé 150 mA
K1 et K2 sont fermés 300 mA
La loi d’additivité des intensités dans un circuit en dérivation peut expliquer l’intensité du courant dans la branche principale car :
300 mA = 100 mA + 200 mA.
Voici les mesures obtenues en fonction des états des interrupteurs.
Seul K1 est fermé 100 mA
Seul K2 est fermé 200 mA
Seul K3 est fermé 150 mA
K1 et K2 sont fermés 300 mA
Si K1, K2 et K3 sont fermés, l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les lampes
L1, L2 et L3 soit :
100 mA + 200 mA + 150 mA = 450 mA
Voici les mesures obtenues en fonction des états des interrupteurs.
Seul K1 est fermé 100 mA
Seul K2 est fermé 200 mA
Seul K3 est fermé 150 mA
K1 et K2 sont fermés 300 mA
Plus on allume de lampes dans une habitation, plus l’intensité la branche principale augmente, plus le compteur de l’habitation tourne vite.
LA TENSION ÉLECTRIQUE
Chapitre 3
– Réaliser un circuit en boucle simple comportant une pile (4.5 V), un interrupteur et une lampe (6 V – 100 mA).
Circuit en boucle simple
V COM
Circuit en boucle simple
Schéma correspondant au circuit U1
V COM
L’unité de tension est le volt (symbole : V).
Schéma du premier circuit
V COM V
Schéma du premier circuit
Dipôles Tension aux bornes des dipôles
Pile NON NULLE : ≈ 4.5 V
Lampe NULLE : 0 V
Interrupteur ouvert
NON NULLE : ≈ 4.5 V
Fil de connexion NULLE : 0 V
V COM V
Schéma du premier circuit
Dipôles Tension aux bornes des dipôles
Pile NON NULLE : ≈ 4.5 V Lampe NON NULLE : ≈ 4.5 V
Interrupteur fermé NULLE : 0 V
Fil de connexion NULLE : 0 V
V COM VI
IV très faible
– La tension électrique représente la différence entre deux états électriques en deux points d’un circuit.
– La tension électrique aux bornes d'un dipôle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation à ses bornes.
– L’unité d’intensité est le volt (symbole V).
– La tension aux bornes d’un récepteur (autre qu’une diode) :
– La tension aux bornes d’un interrupteur :
– La tension aux bornes d’un fil de connexion est nulle.
– La tension aux bornes d’un générateur (en bon état de fonctionnement) est constante et positive.
– Réaliser un circuit en boucle simple comportant un générateur et deux lampes différentes.
– Placer le voltmètre à diverses positions dans le circuit et répondez aux questions.
– Matériel : Générateur (4.5 V) + Lampes (6 V – 100 mA)