Exemples de circuits simples
Introduction
Découvrez les fondements de l'électricité en physique-chimie
Qu'est-ce qu'un circuit électrique ?
Définition fondamentale
Un circuit électrique est un ensemble de composants reliés entre eux par des conducteurs (fils) qui permettent le passage du courant électrique.
Un circuit électrique complet permet au courant de circuler du générateur (pile, batterie) vers les récepteurs (ampoule, moteur, etc.) et de revenir au générateur.
Les composants d'un circuit électrique
Les principaux composants
Les générateurs fournissent l'énergie nécessaire au fonctionnement du circuit :
- 1 Pile : convertit l'énergie chimique en énergie électrique
- 2 Accumulateur : pile rechargeable
- 3 Alimentation : fournit une tension continue
Les récepteurs transforment l'énergie électrique en une autre forme d'énergie :
- 1 Ampoule : transforme l'énergie électrique en lumière et chaleur
- 2 Moteur : transforme l'énergie électrique en énergie mécanique
- 3 Diode électroluminescente (DEL) : émet de la lumière
- 4 Résistance : transforme l'énergie électrique en chaleur
- 1 Fils conducteurs : permettent le passage du courant
- 2 Interrupteur : permet d'ouvrir ou fermer le circuit
- 3 Ammètre : mesure l'intensité du courant
- 4 Voltmètre : mesure la tension
Montage en série
Circuit en série
Dans un montage en série, les composants sont connectés les uns après les autres. Le courant traverse chaque composant dans l'ordre.
- 1 L'intensité du courant est la même en tout point du circuit
- 2 La tension totale est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle
- 3 Si un dipôle est défectueux, le circuit est ouvert et les autres ne fonctionnent plus
Montage en dérivation (parallèle)
Circuit en parallèle
Dans un montage en parallèle, les composants sont connectés entre les mêmes points. Chaque composant a sa propre branche.
- 1 La tension est la même aux bornes de chaque dipôle
- 2 L'intensité totale est égale à la somme des intensités dans chaque branche
- 3 Si un dipôle est défectueux, les autres continuent à fonctionner
L'intensité du courant électrique
Mesure de l'intensité
L'intensité du courant électrique est la quantité de charges électriques qui traversent une section du circuit par unité de temps.
Avec :
- I : intensité en ampères (A)
- Q : charge en coulombs (C)
- t : temps en secondes (s)
- 1 On utilise un Ammètre
- 2 L'ampèremètre se branche en série dans le circuit
- 3 Symbole de l'ampèremètre : A
Attention : brancher un ampèremètre en dérivation peut endommager le circuit !
La tension électrique
Mesure de la tension
La tension électrique est la différence de potentiel entre deux points d'un circuit. Elle est responsable du mouvement des charges électriques.
Avec :
- U : tension en volts (V)
- W : travail en joules (J)
- Q : charge en coulombs (C)
- 1 On utilise un Voltmètre
- 2 Le voltmètre se branche en dérivation aux bornes du dipôle
- 3 Symbole du voltmètre : V
Attention : brancher un voltmètre en série perturberait gravement le circuit !
La loi d'Ohm
Relation fondamentale
La loi d'Ohm relie la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit électrique.
Où :
- U : tension en volts (V)
- R : résistance en ohms (Ω)
- I : intensité en ampères (A)
Si on connaît la tension et l'intensité, on peut calculer la résistance :
Et si on connaît la tension et la résistance, on peut calculer l'intensité :
Lois des nœuds et des mailles
Lois fondamentales
La somme des intensités des courants qui entrent dans un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui sortent de ce nœud.
Cette loi exprime la conservation de la charge électrique.
Dans une maille (boucle fermée), la somme algébrique des tensions est nulle.
Cette loi exprime la conservation de l'énergie électrique.
Circuit mixte (série et parallèle)
Montage complexe
Un circuit mixte combine des portions en série et des portions en parallèle.
- 1 La première ampoule est en série avec le reste du circuit
- 2 Les deuxième et troisième ampoules sont en dérivation (parallèle)
- 3 La quatrième ampoule est en série avec la portion parallèle
Applications quotidiennes
Électricité domestique
Les circuits électriques sont omniprésents dans notre vie quotidienne :
- 1 Éclairage : lampes branchées en parallèle
- 2 Prises électriques : montage en parallèle
- 3 Interrupteurs : contrôlent le passage du courant
- 4 Disjoncteurs : protègent contre les surintensités
- 1 Smartphones : circuits intégrés complexes
- 2 Ordinateurs : alimentation, processeur, mémoire
- 3 Télévisions : écrans, circuits de commande
- 4 Appareils électroménagers : lave-linge, réfrigérateur
Sécurité électrique
Prévention des dangers
- 1 Électrocution : passage du courant à travers le corps humain
- 2 Incendie : surintensité ou court-circuit
- 3 Brûlures : effet thermique du courant
- 4 Électrisation : contact avec des parties sous tension
- 1 Utiliser des disjoncteurs et fusibles
- 2 Mettre à la terre les appareils métalliques
- 3 Ne jamais manipuler les circuits sous tension
- 4 Utiliser des outils isolés et des gants de protection
Résumé
Points clés
- Générateurs : piles, batteries, alimentations
- Récepteurs : ampoules, moteurs, DELs
- Mesure : ammètres (intensité), voltmètres (tension)
- Série : intensité constante, tension additive
- Parallèle : tension constante, intensité additive
- Intensité (I) : mesurée en ampères (A), branchement en série
- Tension (U) : mesurée en volts (V), branchement en dérivation
- Loi d'Ohm : U = R × I
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences