I. Cas d un circuit en série. AE: Le chandelier électrique. Schémas COM. Mesures UG=12.14V UL1=4.07V UL2=4.06V UL3=4.03V

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1 Chap2 : Les lois des circuits. A la fin du chapitre, tu dois connaitre : La loi d additivité des tensions dans un circuit en série La loi d additivité des intensités dans un circuit en dérivation La loi d unicité des tensions dans un circuit en dérivation A la fin du chapitre, tu dois être capable de : Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à vérifier une loi de l électricité. Exploiter les lois de l électricité. Compétences du socle commun travaillées: D1.1 S exprimer à l écrit en utilisant un vocabulaire scientifique. D1.1 S exprimer à l oral (participer) D1.3 Faire un schéma D1.3 Convertir les unités D2.2 Travailler en équipe, s impliquer et réaliser un projet. D2.4 Utiliser des outils (simulations) D3.4 Adopter un comportement responsable, respecter les règles de sécurité. D4.1 Identifier une question et la reformuler D4.1 Proposer une hypothèse D4.1 Proposer une méthode, une expérience pour tester l hypothèse. D4.1 Exprimer un résultat (grandeur, unité, chiffres significatifs) D4.1 Interpréter les résultats (observations, mesures), conclure. D4.2 Réaliser un montage à partir d'un schéma. D4.2 Mesurer des grandeurs physiques (mise en œuvre, précision). Acquis I. Cas d un circuit en série. AE: Le chandelier électrique. L3 L3 L3 Schémas L3 Mesures UG=12.14 U=4.07 U=4.06 UL3=4.03 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. Page 1 sur 8

2 Remarques: - Cette loi est valable quelque soit le nombre et le type de dipôle utilisé. - L ordre des dipôles n a pas d importance. 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. Page 2 sur 8

3 II. Cas d un circuit comportant des dérivations. Schémas L3 L3 L3 L3 Mesures UG=11.82 U=11.82 U=11.81 UL3=11.81 Observation : UG=U=U= UL3 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) car les lampes sont associées en dérivation Le voltmètre 1 indique 9 = Toutes les lampes ne sont pas en série (celles en dérivation ne comptent qu une fois!) 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. Page 3 sur 8

4 AE : Les lumières de Monsieur Lux. Schémas A A A Mesures IG=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. 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. un courant de même intensité que celle mesurée par l ampèremètre. 2. Si on ouvre l interrupteur, s éteint et et L3 sont traversées par un courant de même intensité que celle mesurée par l ampèremètre. 16p120 : Indication d un ampèremètre 1. La seule lampe en série avec l ampèremètre est L3 : elle est traversée par Page 4 sur 8

5 17p120 : Fonctionnement de dipôles. 1. I moteur = 520 ma (le moteur est en série avec ). 2. Rédaction type : Données : IG = I = 0,74A = 740mA I = IM = 520mA IL3 =? Dans le circuit comportant des dérivations : L3 est en dérivation avec l ensemble (, moteur). Donc : IG = I + IL3 IL3 = IG I IL3 = IL3 = 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. Activité 3p112 : Que se passe-t-il si on ajoute une lampe en dérivation? 1. On a ajouté une lampe L3 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 L3 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 L3 dans la branche principale du circuit de l activité L ampèremètre A dans la branche principale indique 0,1 A, A1 dans la branche contenant indique 0,05 A et A2 dans la branche contenant 0,05 A. 3. Le voltmètre 1 aux bornes du générateur indique 6,04, 2 aux bornes de et de indique 1,76 et 3 aux bornes de L3 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 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. Page 5 sur 8

6 7. La somme des tensions existant aux bornes de L3 et de l ensemble constitué par et 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 : 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. 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. 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 6 sur 8

7 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. Page 7 sur 8

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