Chap2 : Les lois des circuits.

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1 Chap2 : Les lois des circuits. Items Connaissances Acquis Loi d additivité de l intensité dans un circuit comportant une dérivation. Loi d unicité des tensions aux bornes de deux dipôles en dérivation. Loi d additivité des tensions dans un circuit série. Tension et ordre des dipôles. Notion de branche et de nœud. Capacités. C3.2.4 Lire une mesure. C3.2.4 Estimer la précision d une mesure. C3.2.4 Optimiser les conditions de mesure. Confronter le résultat au résultat attendu. C3.1.3 Questionner, identifier un problème. C3.1.3 Formuler une hypothèse. C3.1.3 Mettre en œuvre un protocole expérimental. I. Cas d un circuit en série. AE: Le chandelier électrique. Schémas Mesures U G =11.89 U =4.29 U =4,21 U =3,37 Observation : = (écart maxi de 0.04) Conclusion: Le long d un circuit en série, les tensions s ajoutent. La tension entre les bornes du générateur est égale à la somme des tensions entre les bornes des autres dipôles: c'est la loi d'additivité des tensions. Remarques: - Cette loi est valable quelque soit le nombre et le type de dipôle utilisé. - L ordre des dipôles n a pas d importance. Page 1 sur 7

2 Exercices : 10p120 : comprendre le fonctionnement d un appareil. 1. On doit alimenter l ensemble sous une tension de 12 (10 1,2). 2. L intensité du courant qui circule dans la guirlande est alors de 0,3 A. 11p120 : Exploiter une photographie La relation est la suivante : 3,99 + 1,96 = 5, La loi vérifiée est celle de l additivité des tensions le long d un circuit série. 14p120 : Déterminer des tensions. 1. L intensité qui circule dans chaque lampe est égale à 0,15 A car les lampes sont branchées en série. 2. Les lampes sont identiques : la tension aux bornes de chaque lampe est de 2 (6/3). 3. La tension qui existe entre A et B est égale à 4 (2 + 2). 23p122 : Electrowoman Nombre de DEL nécessaires : 9 / 1,2 = 7,5, donc 8 DEL seront placées en série selon le schéma suivant : 24p122 : Au supermarché 230 indique la tension U d utilisation de la lampe. 60 W indique la puissance électrique P consommée par la lampe. P = U I donc I = P/U = 60/230 = 0,26 A (intensité de fonctionnement de la lampe). 1 watt = puissance reçue par un système auquel est transférée régulièrement une énergie de 1 joule par seconde. L unité W est l unité de puissance électrique, nom donné à la Conférence internationale des unités et étalons électriques tenue à Londres en 1908, en hommage à James Watt, ingénieur écossais né en 1736 et mort en p122 : promenade en TT. Il existe trois types principaux d éclairage : les éclairages frontaux (sur casque) ; les éclairages sur le guidon ; les éclairages arrière. Les causes de dysfonctionnement sont : pile usagée des éclairages frontaux ; batterie de moins bonne qualité des éclairages sur le guidon ; puissance moins importante des lampes utilisées. II. Cas d un circuit comportant des dérivations. Schémas Mesures U G =12,51 U =12,51 U =12,49 U =12,48 Page 2 sur 7

3 Observation : U G =U =U = U Conclusion : Les tensions entre les bornes de deux dipôles branchés en dérivation sont égales : c est la loi d unicité des tensions. Exercices : 13p120 Trouver les valeurs de tensions. Le voltmètre 4 indique 5 (comme 3 ) et le voltmètre 1 indique 9 (= 4 + 5). A Detailler! 15p120 : Repérer une erreur. La mesure fausse est celle de la tension aux bornes de : il devrait y avoir 2,1 au lieu de 1,6. Activité2p11 : Pourquoi 2 lampes montées en dérivation brillent-elles normalement? AE : Les lumières de Monsieur Lux. Ou activité2p111 : Pourquoi 2 lampes montées en dérivation brillent-elles normalement? Schémas A A A Mesures I G =138,8mA I =92,9mA I =46,5mA Observations : 92,9+46,5=139,4 138,8mA Conclusion: Dans un circuit comportant des dérivations: L intensité du courant qui traverse la branche principale (celle qui contient le générateur) est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées : c est la loi d additivité des intensités. Rappels : Un nœud est un point de contact entre 3 dipôles. Une branche est constituée par un ou plusieurs dipôles montés en série entre deux nœuds. Une boucle est une portion du circuit qui contient le générateur. Page 3 sur 7

4 Exercices : 9p120 : Trouver les intensités de même valeur Les ampèremètres A1 et A4 d une part, A2 et A5 d autre part, indiquent la même intensité car ils appartiennent à la même branche. 16p120 : Indication d un ampèremètre 1. La seule lampe en série avec l ampèremètre est L 3 : elle est traversée par un courant de même intensité que celle mesurée par l ampèremètre. 2. Si on ouvre l interrupteur, L 2 s éteint et L 1 et L 3 sont traversées par un courant de même intensité que celle mesurée par l ampèremètre. 17p120 : Fonctionnement de dipôles. 1. I moteur = 520 ma (le moteur est en série avec L 1 ). 2. Rédaction type : Données : I G = I = 0,74A = 740mA I = I M = 520mA I =? Dans le circuit comportant des dérivations : L 3 est en dérivation avec l ensemble (L 1, moteur). Donc : I G = I + I I = I G I I = I = 220mA 19p120 : Technique automobile 1. La tension de la batterie utilisée est égale à Les lampes sont branchées en dérivation et la batterie débite un courant d intensité égale à : 2 3,8 + 0, ,6 + 0,1 = 10,5 A. 20p121 : un montage de vérification (Solution p220) III. Généralisation à tous les circuits électriques. AI : Utilisation d un logiciel de simulation. Activité 3p112 : Que se passe-t-il si on ajoute une lampe en dérivation? 1. On a ajouté une lampe montée en dérivation avec les lampes et du circuit de l activité 2. Le voltmètre aux bornes du générateur indique 6, L ampèremètre A dans la branche principale indique 0,33 A, A1 dans la branche contenant indique 0,09 A, A2 dans la branche contenant 0,11 A et A3 dans la branche contenant 0,13 A. 4. La tension mesurée est égale, aux erreurs d expérience près, à celle obtenue à l activité Les intensités des courants traversant et sont égales à celles obtenues à l activité La somme des intensités traversant chaque lampe est égale, aux erreurs d expérience près, à l intensité débitée par le générateur : 0,09 A + 0,11 A + 0,13 A = 0,33 A. 7. Si on ajoute une lampe en dérivation, la tension reste la même que dans le cas de deux lampes, les intensités des courants traversant les deux premières lampes restent inchangées et l intensité du courant dans la branche principale augmente en respectant la loi d additivité des intensités dans un circuit comprenant des dérivations. Conclusion : Plus on ajoute de dipôles en dérivation dans un circuit, plus l intensité du courant dans la branche principale (fourni par le générateur) augmente. Activité 4p113 : Que se passe-t-il si on ajoute une lampe dans la branche principale? 1. On a ajouté une lampe L 3 dans la branche principale du circuit de l activité L ampèremètre A dans la branche principale indique 0,1 A, A 1 dans la branche contenant L 1 indique 0,05 A et A 2 dans la branche contenant L 2 0,05 A. Page 4 sur 7

5 3. Le voltmètre 1 aux bornes du générateur indique 6,04, 2 aux bornes de L 1 et de L 2 indique 1,76 et 3 aux bornes de L 3 4, Chaque intensité est plus faible que celles obtenues à l activité 2 (0,1A < 0,2 A et 0,05 A < 0,1 A). 5. La tension aux bornes de L 1 est plus faible que celle obtenue à l activité 2 (1,76 < 5,84 ). 6. La somme des intensités traversant chaque branche dérivée est égale, aux erreurs d expérience près, à l intensité débitée par le générateur : 0,05 A + 0,05 A = 0,1 A. 7. La somme des tensions existant aux bornes de L 3 et de l ensemble constitué par L 1 et L 2 est égale, aux erreurs d expérience près, à la tension aux bornes du générateur : 4,28 + 1,76 = 6, Si on ajoute une lampe dans la branche principale, les valeurs des tensions et des intensités changent, mais les lois des intensités et des tensions restent valables. Conclusion : Si dans un circuit, on ajoute ou enlève un dipôle, les valeurs des intensités et des tensions changent mais les lois demeurent. Exercices : 12p120 : Comparer des circuits 1. Le schéma avec 2 lampes : Le schéma avec 3 lampes : Le schéma avec 4 lampes : 2. La valeur de l intensité du courant débité par le générateur est de 2 0,2 =0,4 A pour 2 lampes, 3 0,2 = 0,6 A pour 3 lampes, 4 0,2 = 0,8 A pour 4 lampes. 3. Si le générateur n alimentait qu une seule lampe, l intensité serait de 0,2 A. Elle est donc plus faible. En effet, l intensité du courant augmente dans la branche principale quand le nombre de lampes branchées en dérivation augmente. 18p121 : C est noël. 1. La tension d une lampe est égale à : 220/20 = Si une seule lampe est grillée, le groupe de lampes auquel elle appartient s éteint. 3. La prise de courant débite un courant d intensité égale à : 0,8+0,8+0,8 = 2,4 A. 21p121 : Prévisions de mesures. 1re ligne : quand un interrupteur est ouvert, le courant ne circule pas dans cette branche. 2e, 3e et 4e lignes : l intensité augmente dans la branche principale quand le nombre de branches dérivées augmente mais les intensités dans les branches dérivées restent les mêmes quand l interrupteur est fermé. Page 5 sur 7

6 I. Bilan. INTENSITÉ TENSION Du courant qui traverse un dipôle. Entre les bornes d un dipôle. Mots «clé» Courant, circulation, débit. Différence entre deux points. Elle mesure CE QUI CIRCULE. CE QUI FAIT CIRCULER. Unité Ampère, A. olt,. Appareil de mesure Ampèremètre qui se branche en série. oltmètre qui se branche en dérivation. Important Le courant ne fait que traverser un dipôle. L intensité reste donc le même avant et après un dipôle. C est le générateur qui est responsable de la tension dans un circuit. Il n y a pas de tension (différence) entre deux points reliés par un fil conducteur. Circuit série L intensité du courant est la même en tout point du circuit. Le long d un circuit série, les tensions s ajoutent. La tension entre les bornes du générateur est égale à la somme des tensions entre les bornes des autres dipôles. Circuit dérivation L intensité du courant qui traverse la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées. Les tensions entre les bornes de deux dipôles branchés en dérivation sont égales. Remarques: Plus on ajoute de dipôles en dérivation dans un circuit, plus l intensité du courant dans la branche principale (fourni par le générateur) augmente. Si dans un circuit, on ajoute ou enlève un dipôle, les valeurs des intensités et des tensions changent mais les lois demeurent. Page 6 sur 7

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