Electricité Quatrième /2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités

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1 Electricité Quatrième 2015/2016 CHAPITRE 2 : LOIS DES TENSIONS ET DES INTENSITES 1. Quelle est la définition d un nœud? 2. Quelle est la définition d une branche? 3. Quelle est la définition d une branche principale? 4. Quelle est la définition d une branche dérivée? 5. Que peuton dire de la tension des dipôles en parallèle? 6. Que peuton dire de la tension des dipôles en série? 7. Que peuton dire de la tension lorsque l on modifie l ordre des dipôles? 8. Que peuton dire de l intensité dans une boucle? 9. Que peuton dire de l intensité quand on modifie l ordre des dipôles d une boucle? 10. Que peuton dire de l intensité dans un circuit en dérivation? 11. Qu estce que la tension nominale? 12. Que se passetil si on alimente un dipôle au dessus de la tension nominale 13. Que se passetil si on alimente un dipôle en dessous de la tension nominale 10/29

2 A) Dérivation ou série Electricité Quatrième 2015/2016 1) Nœuds et branches Définitions : dans un circuit en dérivation, on appelle : Nœuds, les points d où partent au moins 3 fils Branche : les portions de circuit entre deux nœuds. Branche principale : la branche où se trouve le générateur. Branche dérivée : les autres branches. Exercice : Indiquez les nœuds ( ) sur chaque schéma Repasser la branche principale en rouge Repasser chaque branche d une couleur différente a) b) c) d) e) f) Exercice 1 : Noeud branche Exercice 2 : Noeud branche 11/29

3 Electricité Quatrième 2015/2016 2) Tension et intensité en série et en dérivation 3) Calcul des tensions et des intensités A retenir : 12/29

4 Electricité Quatrième 2015/2016 V V V L V D La tension aux bornes de deux appareils branchés en dérivation est la même : U =U L En série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres appareils. U =U U D U R U L = 3,21 V ; U = 1,24 V ; U D = 370 mv 1. Calculer U Le générateur et la lampe sont en dérivation donc la tension entre leurs bornes est la même : U = U L = 3,21 V La tension aux bornes du générateur est de 3,21 V 2. Calculer U R Le moteur, la diode et la résistance sont en série avec le générateur donc la sonne des tensions entre leurs bornes est égale à la somme des tensions aux bornes du générateur : U = U U D U R Donc U R = U U U D kv hv dav V dv cv mv 0, U D = 370 mv = 0,37 A Donc U R = 3,21 1,24 0,37 La tension aux bornes de la résistance est de 1,6 V A retenir : Exercice 4 : intensité série Livre 12 p 126 Exercice 5 : intensité série dérivation Exercice 6 : intensité dérivation Livre 10 p 138 V R 13/29

5 Electricité Quatrième 2015/2016 I 1 I 2 I 3 I a I b I 6 I 5 Dans une branche l intensité est la même partout : I 1 = I 2 = I 3 = I 4 = I 5 = I 6 La somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme de celles qui partent : I 3 = I a I b Remarque : l intensité mesure la quantité d électricité qui s écoule par seconde Dans une branche, il n y a pas de fuite d électricité : on conserve la même quantité en tout point de cette branche. A un nœud, cette électricité se répartie sans fuite d électricité : la quantité totale qui arrive est égale à la quantité totale qui ressort. Exemple : I 1 = 3,21 A ; I b = 370 ma 1. Calculer I 3 Dans une branche, l intensité est partout la même : I 1 = I 3 = 3,21 A L intensité I 3 est de 3,21 A 2. Calculer I a La somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme de celles qui partent : I 3 = I a I b I a = I 3 I b ka ha daa A da ca ma 0, I b = 370 ma = 0,37 A Donc I 3 = 3,21 0,37 = 2,84 L intensité I a est de 2,84 V I 4 BILAN INTENSITE TENSION Exercice 3 : intensité tension série dérivation Exercice 7 : tension série dérivation Livre 4 p 137 Exercice 8 : tension série Exercice 9 : intensité tension série dérivation 14/29

6 Electricité Quatrième 2015/2016 Série Dérivation I I U U R U U R U L I R I L I R I L U L Intensité I =I R =I L I =I R I L Tension U =U R U L U =U R =U L Remarque sur les interrupteurs Exercice 10 : interrupteur Exercice 11 : interrupteur Livre 10 p 114 Exercice 12 : interrupteur B) Ordre des appareils Rappel : l ordre des appareils ne modifie pas leur fonctionnement Expérience : On place deux lampes en série, une lampe brille plus que l autre. On intervertit les deux lampes. A I = A I = V U= U = V Lampe 1 Lampe 2 Lampe 2 Observation : C est toujours la même lampe qui brille le plus. Conclusion : La brillance des lampes ne dépend pas de leur place. Lampe 1 A retenir : l ordre des appareils ne change pas l intensité du circuit. l ordre des appareils ne change pas la tension aux bornes de ces appareils. Exercice 13 : ordre Exercice 14 : ordre Livre 17 p 127 Exercice 15 : ordre C) Fonctionnement optimal des dipôles A retenir : Sur les appareils électriques, on peut lire des valeurs de tension et d intensité. Ce sont les valeurs nominales de l appareil. Un appareil alimenté avec une tension égale à sa tension nominale est parcourue par une intensité égale à sa tension nominale (en inversement) 15/29

7 Electricité Quatrième 2015/2016 La tension nominale d un appareil est la tension avec laquelle il faut l alimenter pour un fonctionnement optimal. Si on l alimente avec une tension plus faible (on parle de soustension), l appareil fonctionne moins bien. Si on l alimente avec une tension plus forte (on parle de surtension), l appareil risque de tomber en panne plus rapidement. Evaluation : Intensité et tension pour des appareils en dérivation et en série. Nœud et branche Influence de l ordre des appareils sur la tension et l'intensité Tension nominale, effet d une surtension et d une soustension 16/29

8 Electricité Quatrième 2015/2016 Bilan : Notion de branche Notion de nœud L'intensité du courant est la même en tout point d'un circuit en série Loi d'additivité de l'intensité dans un circuit comportant une dérivation Questionner à propos de la loi d'additivité de l'intensité Identifier un problème à propos de la loi d'additivité de l'intensité Formuler une hypothèse à propos de la loi d'additivité de l'intensité ettre en oeuvre un protocole expérimental à propos de la loi d'additivité de l'intensité esurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (lire une mesure) esurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (estimer la précision d'une mesure) esurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (optimiser les conditions de mesure) La tension est la même aux bornes de deux dipôles en dérivation Loi d'additivité des tensions dans un circuit série Questionner à propos de la loi d'additivité des tensions Identifier un problème à propos de la loi d'additivité des tensions Formuler une hypothèse à propos de la loi d'additivité des tensions ettre en oeuvre un protocole expérimental à propos de la loi d'additivité des tensions esurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (lire une mesure) esurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (estimer la précision d'une mesure) esurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (optimiser les conditions de mesure) La tension aux bornes de chaque dipôle d'un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles L'intensité du courant dans un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles Questionner à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité Identifier un problème à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité Formuler une hypothèse à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité Confronter le résultat au résultat attendu à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité esurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (lire une mesure) esurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (estimer la précision d'une mesure) esurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (optimiser les conditions de mesure) ettre en oeuvre un raisonnement (influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité) Questionner à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension. 17/29

9 Electricité Quatrième 2015/ Identifier un problème à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension Formuler une hypothèse à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension Confronter le résultat au résultat attendu à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension esurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (lire une mesure) esurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (estimer la précision d'une mesure) ettre en œuvre un raisonnement (influence de l'ordre des dipôles sur la tension) esurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (optimiser les conditions de mesure) Pour fonctionner normalement une lampe doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale Pour fonctionner normalement un moteur doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale Surtension Soustension Observer, recenser des informations : valeurs nominales ettre en oeuvre un raisonnement pour choisir une lampe adaptée au générateur ettre en oeuvre une méthode pour choisir une lampe adaptée au générateur ettre en oeuvre un protocole expérimental pour choisir une lampe adaptée au générateur. U() U(L 1 ) U(L 2 ) 6 V 1,5 V Série Dérivation 6 V Dans ce montage A 1 indique 0,18 A et A 3 indique 0,28 A. a. Quelle est la valeur affichée sur l ampèremètre A 2? Justifie ta réponse. Seul K 1 est fermé 100 ma Seul K 2 est fermé 200 ma Seul K 3 est fermé 150 ma K 1 et K 2 sont fermés 300 ma a. Sur la figure 1, le voltmètre V 1 donne le résultat de la mesure : U 1 = 4,5 V Quelle est la tension U 2 mesurée par V 2? Justifie ta réponse. Quelle est la tension U 3 mesurée par V 3? Justifie ta réponse. I I 1 I 2 Série 0,75 A Dérivation 0,30 A 0,10 A b. Sur la figure 2, on peut lire sur l écran du voltmètre V 1: 4,6 V. Le voltmètre V 3 indique 2,4V Quelle est la valeur de la mesure sur V 2? Justifie ta réponse. U() U(L1) U(L2) U(L3) U(L4) K ouvert 4,5 V K fermé 4,5 V 0,9 V Les lampes de cette guirlande sont reliés à un générateur de 12 V. Une des lampes est grillée et les autres brillent toujours autant. 1. Comment sont branchées ces lampes 2. Quelle est la tension entre les bornes des lampes après destruction de la première? Justifie ta réponse. 3. D après la question 2. quand on ajoute ou on retire des dipôles en dérivation, comment varie la tension entre les bornes des autres dipôles. Dans le circuit cidessous, la tension entre les bornes du générateur est de 7,5 V. La tension entre les bornes de L1 est de 5,5 V 1. La tension entre les bornes de L2 est : 2,5 V ; 1,5 V ; 2 V ou 0 V? 2. La tension entre les bornes de l interrupteur est : 0 V ; 1 V ou 2 V? L ampèremètre indique 120 ma. Choisis la bonne proposition. Si elle permute la lampe et le moteur, l intensité du courant est supérieure / égale / inférieure à 120 ma On dispose des lampes suivantes : L1 (1,5 V 100 ma) ; L2 (2,5 V 80 ma) ; L3 (3,5 V 100 ma) ; L4 (4 V 60 ma) ; L5 (6 V 150 ma) ; L6 (12 V 100 ma). 1. Quelles lampes, parmi celles représentées cidessus, peuvent être branchées seules sur une pile plate de 4,5 V sans risques? 2. Quelles lampes ainsi branchées vont briller normalement? 18/29