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Quatrième · Physique-Chimie · Chapitre 3

Électricité : circuits, intensité, tension et lois des circuits

Ce que tu sauras faire

  • Reconnaître des dipôles en série ou en dérivation, repérer nœuds, branches et mailles, et représenter un circuit par un schéma normalisé.
  • Mesurer une intensité avec un ampèremètre branché en série et une tension avec un voltmètre branché en dérivation, en choisissant le calibre et en notant l'unité.
  • Appliquer, dans un circuit en série, l'unicité de l'intensité et l'additivité des tensions.
  • Appliquer, dans un circuit en dérivation, l'additivité des intensités (loi des nœuds) et l'unicité de la tension.
  • Combiner ces lois pour prévoir une mesure dans un circuit comportant une dérivation et des dipôles en série.
  • Expliquer un court-circuit et une surcharge, le rôle du fusible et du disjoncteur, et en déduire les règles de sécurité.
  • Utiliser la loi d'Ohm U=R×IU = R \times I pour un conducteur ohmique et reconnaître sa caractéristique.

Au programme du chapitre

  1. Un circuit, des dipôles et des symboles
  2. Dipôles en série, dipôles en dérivation
  3. L'intensité du courant et l'ampèremètre
  4. La tension électrique et le voltmètre
  5. Les lois du circuit en série
  6. Les lois du circuit en dérivation
  7. Court-circuit, surcharge et sécurité
  8. La résistance et la loi d'Ohm

Exercices corrigés

Exercice 1

Énigme 1 du début du chapitre : un oiseau se pose sur un fil à haute tension et il ne lui arrive rien, alors qu'une personne qui attrape ce fil en étant pieds nus sur le sol serait en danger de mort. Explique la différence avec le mot « tension ».
Un coup de pouce
Rappelle-toi qu'une tension se mesure toujours entre deux points. Entre quels points se trouvent les pattes de l'oiseau ? Et ton corps, si tu touches le fil depuis le sol ?
Voir la correction pas à pas
Un courant ne traverse un être vivant que s'il existe une tension entre deux points de son corps. L'oiseau pose ses deux pattes sur le même fil : entre ses deux pattes, la tension est pratiquement nulle, car le fil, très peu résistant sur une si courte distance, impose presque le même niveau électrique aux deux points. Presque aucun courant ne passe par l'oiseau. La personne, elle, touche le fil d'un côté et le sol de l'autre : entre ces deux points du corps, il y a la tension de la ligne, très élevée (plusieurs milliers de volts), et un courant dangereux traverse son corps. Le raisonnement se retourne facilement : un oiseau assez grand pour toucher en même temps deux fils différents, ou un fil et un pylône relié au sol, serait lui aussi en danger.

Exercice 2

Énigme 2 : le phare et le feu arrière d'un vélo fonctionnent encore quand l'un des deux grille, alors qu'une ancienne guirlande s'éteint entièrement dès qu'on retire une ampoule. Explique, avec les mots « branche », « boucle » et « tension ». Que faudrait-il changer à la guirlande pour qu'une ampoule retirée n'éteigne pas les autres ?
Un coup de pouce
Compte les chemins qui s'offrent au courant : un seul, ou un par ampoule ?
Voir la correction pas à pas
Le phare et le feu sont en dérivation sur la dynamo : chacun est sur sa propre branche entre les mêmes bornes et reçoit la tension entière de la dynamo. Quand l'ampoule du feu grille, sa branche est coupée, mais la branche du phare reste une boucle fermée. La vieille guirlande est en série : une boucle unique passe par toutes les ampoules ; en retirer une ouvre la boucle, plus aucun courant ne circule. Pour que la guirlande résiste à une ampoule retirée, il faut monter chaque ampoule sur sa propre branche, en dérivation. Dans ce cas chaque ampoule reçoit la tension entière du générateur, et il faut donc des ampoules prévues pour cette tension.

Les pièges à éviter

  • Brancher l'ampèremètre aux bornes de la lampe, comme on le ferait avec un voltmètre.
  • Brancher le voltmètre en série, en coupant le circuit pour l'insérer.
  • Écrire que l'intensité diminue après chaque lampe d'un circuit en série, ou qu'elle « se partage » entre les lampes.
  • Confondre ce qui est commun en série et ce qui est commun en dérivation.

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