Rappels électricité cinquième I) Dipôles : a) Borne : Un composant électrique ne peut fonctionner que s il est parcouru par un courant électrique. Il doit donc laisser entrer le courant électrique et le laisser sortir. Définition : On appelle borne la partie d un composant électrique qui peut laisser entrer ou sortir le courant électrique. Remarque : Les bornes permettent aussi de réaliser des connexions, c est à dire de relier un composant électrique à un autre composant électrique. b) Le dipôle : Définition : On appelle dipôle un composant électrique simple qui possède une seule borne d entrée et une seule borne de sortie. Exemples : Les piles, les lampes, les interrupteurs sont des dipôles. II) Les dipôles utilisés au collège : a) La pile : Dans un circuit, la pile a pour rôle de produire un courant électrique. Il existe diverses sortes de piles : piles rondes, piles plates, piles boutons
Cependant toutes les piles possèdent deux bornes : Une borne positive repérée par le symbole +. Une borne négative repérée par le symbole. Les piles font partie d une famille de dipôles appelés générateurs. Définition : Un générateur est dipôle ou un appareil capable de produire et de faire circuler un courant électrique dans un circuit électrique. Exemples : Les batteries, les dynamos, les panneaux solaires, on peut également considérer qu une prise de secteur peut jouer le rôle d un générateur. Par opposition aux générateurs, on considère que tous les autres dipôles sont des récepteurs. Définition : Un récepteur est un dipôle ou un appareil qui reçoit du courant électrique. Exemples : Les lampes, les interrupteurs, les moteurs sont des récepteurs. b) La lampe : On utilise au collège des lampes à incandescence. Les lampes sont des dipôles dont les deux bornes sont le plot et le culot. Elles produisent de la lumière grâce à leur filament constitué d un métal (le tungstène) qui s échauffe au passage du courant jusqu à devenir incandescent. Pour assurer le passage du courant électrique à travers la lampe, l une des extrémités du filament est reliée par une tige métallique au culot tandis que l autre est reliée au plot.
Schéma d une lampe: c) L interrupteur : L interrupteur permet de commander le fonctionnement d un circuit (fermeture ou ouverture). Au collège on utilise des interrupteurs simples à bascule ou à bouton poussoir mais il existe de nombreux autres modèles plus ou moins complexes (magnétiques, électroniques, etc). d) Matériel pour réaliser une connexion : Réaliser une connexion consiste à relier un dipôle à un autre dipôle afin que le courant puisse circuler entre eux. Dans un appareil électrique les dipôles sont reliés entre eux à l aide de fils électriques. Au collège, afin de faciliter la réalisation des circuits on utilise des fils de connexion dont les extrémités sont dotées de fiches bananes. Elles sont conçues pour s enfoncer dans les douilles bananes qui constituent les bornes des dipôles utilisés. III) Schématisation d un circuit électrique : a) Les symboles normalisés : Chaque dipôle peut être représenté par un symbole normalisé international ( valable dans tous les pays). Les symboles normalisés à connaître sont les suivants :
Symbole normalisé de la lampe. Symbole normalisé du fil de connexion. Symbole normalisé d un interrupteur ouvert. Symbole normalisé d un interrupteur fermé. Symbole normalisé d un générateur. Symbole normalisé d une pile. Symbole normalisé d un moteur. Symbole normalisé d une résistance. Symbole normalisé d une diode ( dipôle ne laissant passer le courant que dans un seul sens, celui indiqué par la flèche ). Symbole normalisé d une DEL ( Diode Electro Luminescente ). b) Les schémas normalisés : Les schémas normalisés sont réalisés en utilisant les symboles normalisés et en suivant les règles suivantes : 1) Le schéma est tracé à la règle et au crayon à papier. On commence toujours par tracer sa forme générale qui est un rectangle. 2) Les symboles normalisés des différents dipôles sont placés, de préférence, au milieu de chaque côté. 3) L ordre dans lequel se suivent les différents symboles correspond à l ordre de branchement des dipôles dans le circuit.
Exemple : On souhaite réaliser la schématisation du circuit suivant : En appliquant les règles précédentes, on obtient le schéma suivant : On vérifie enfin que la borne + de la pile est bien reliée à l ampoule et la borne est reliée à l interrupteur comme sur le montage. Remarque : Tant que l ordre de branchement est respecté, on peut placer les symboles sur n importe quel côté du rectangle.
IV) Le sens du courant électrique : a) Le sens conventionnel du courant électrique : A l extérieur d un générateur, le courant électrique circule de la borne positive vers la borne négative. Le sens du courant peut être indiqué en tout point d un circuit en plaçant sur l un des côtés du schéma normalisé une flèche de couleur rouge. b) Influence du sens du courant sur les récepteurs : Certains récepteurs ont un fonctionnement différent si le sens du courant électrique qui les parcourt est inversé: ces récepteurs sont alors dit polarisés. Par exemple les moteurs sont des dipôles polarisés : si l on inverse le sens du courant ils se mettent à tourner dans le sens opposé. Dans le cas contraire on parle de dipôles non polarisés. Les fils de connexion, les lampes, les interrupteurs ne sont pas polarisés et on peut donc les brancher dans n importe quel sens dans un circuit. Remarque : Le sens du courant qui traverse un dipôle peut être inversé soit en inversant de branchement du générateur soit en inversant le sens de branchement du dipôle.
V) Circuit électrique en série : a) Définition : Lorsque des dipôles sont reliés les uns à la suite des autres on dit qu ils sont branchés en série. Exemple : La lampe, la résistance et le moteur sont branchés en série. Si tous les dipôles sont branchés en série dans un circuit on dit qu il est en série. Un circuit en série est aussi appelé circuit en boucle simple puisque les dipôles forment une boucle et que le courant y circule également en décrivant une boucle : Exemple : b) Quelques caractéristiques du fonctionnement d un circuit en série : Influence de l ordre des dipôles Dans un circuit en série, lorsqu on modifie l ordre de branchement des dipôles on ne modifie pas le fonctionnement de ces derniers. Par exemple, dans un circuit en série si l on permute deux lampes différentes alors chacune de ces lampes conserve son éclat.
Influence du nombre de récepteurs Si l on ajoute une deuxième lampe dans un circuit comportant une lampe et une pile alors l éclat diminue. L éclat diminue encore plus si l on ajoute une troisième. Le résultat obtenu serait le même en ajoutant un moteur ou une résistance au lieu d une lampe. Plus un circuit en série comporte de récepteurs plus l éclat de ses lampes s affaiblit. Lampe grillée ou dévissée Si une lampe grille ou est dévissée dans un circuit en série comportant plusieurs lampes alors toutes les lampes cessent de briller : dans les deux cas le circuit est ouvert et le courant électrique ne peut plus circuler. Conclusion : Dans un circuit en série si une lampe est grillée ou dévissée les autres récepteurs ne fonctionnent plus. c) Court-circuit dans un circuit en série : Définition : Un dipôle est court-circuité si ses deux bornes sont reliées ensembles par un fil de connexion. Exemple :
Lorsque le fil de court-circuit est ajouté: L2 s éteint L éclat de L1 et L3 devient plus fort. Interprétation : Le courant ne traverse plus la lampe L2 mais passe par le fil de courtcircuit. Le nombre de récepteurs en fonctionnement diminue donc l éclat des lampes augmente. Conclusion : Dans un circuit en série un récepteur court-circuité ne fonctionne plus et les lampes du circuit possèdent un éclat plus fort : elles risquent de griller. VI) Circuit électrique en dérivation : a) Définition : Si les deux bornes d un dipôle sont reliées directement aux deux bornes d un autre dipôle, on dit qu ils sont branchés en dérivation. Exemple : Le moteur et la lampe sont branchés en dérivation. Le moteur et la résistance sont aussi branchés en dérivation. Si tous les dipôles sont branchés en dérivation dans un circuit on dit qu il est en dérivation. Ce type de circuit comporte au moins deux boucles de courant.
Exemple : b) Quelques caractéristiques du fonctionnement d un circuit en dérivation: Influence du nombre de récepteurs On réalise d abord un circuit en dérivation avec une pile et deux lampes puis on ajoute une troisième lampe en dérivation : L éclat des lampes L1 et L2 reste le même malgré l ajout d une troisième lampe. Dans un circuit en dérivation l éclat d une lampe reste le même quel que soit le nombre de récepteurs dans le circuit. Lampe grillée ou dévissée On réalise le circuit en dérivation suivant afin d observer ce qu il se passe lorsqu on dévisse une lampe :
Observation: Si l une des lampes est dévissée, les autres lampes continuent de briller de la même manière. On obtient le même résultat si une lampe grille. Interprétation: Si une lampe est dévissée, les autres continuent de briller car elles sont dans des boucles qui restent fermée. Conclusion: Dans un circuit en dérivation, si une lampe est grillée ou dévissée les autres récepteurs continuent de fonctionner de manière indépendante. c) Court-circuit dans un circuit en dérivation : Exemple : Lorsque la lampe L3 est court-circuitée on peut observer que toutes les lampes s éteignent. Interprétation : Ce circuit est en dérivation donc les deux bornes de chaque dipôle sont reliée aux deux bornes d un autre dipôle. Comme le courant prend le «chemin le plus facile», le fil de court-circuit permet donc au courant électrique de contourner les lampes L1, L2 et L3. Le courant circule ainsi d une borne à l autre de la pile en passant uniquement par des fils de connexion. Conclusion : Dans un circuit en dérivation si l un des dipôles est en court-circuit tous les récepteurs sont court-circuités et cessent de fonctionner. Le générateur est aussi en court-circuit et le courant qu il produit devient très intense puisque qu il n y a aucun récepteur pour le recevoir. Ce courant provoque un échauffement des fils de connexion qui risque de prendre feu et de provoquer un incendie.