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M. Ribouchon
1ère partie : ELECTRICITE
Chapitre 2 : L’intensité du courant
Vous avez déjà constaté que 2 lampes placées en série éclairent plus faiblement qu’une lampe seule (cours 5ème)
Vous connaissez cet appareil qu’on appelle variateur et qui permet de faire varier la luminosité des lampes.
Dans les 2 cas précédents c’est la variation de l’intensité électrique qui amène la variation de l’intensité lumineuse.
Comme la tension électrique, l’intensité électrique est une grandeur mesurable.
II Mesurer une intensité ( I )
a) Unité de mesure :
L’unité d’intensité est l’ampère de symbole A. On utilise souvent un sous-multiple de l’ampère :
Le milliampère : 1 mA = 0,001 A = 10-3 A
b) Appareil de mesure :
L’appareil de mesure est encore le multimètre en fonction ampèremètre. Nous utiliserons les bornes : COM et A ou mA
- symbole de l’ampèremètre :
Dans un circuit il doit être monté en série
c) La mesure de l’intensité dépend-t-elle de la position de l’ampèremètre dans le circuit ?
|
Schéma 1 |
Schéma 2 |
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Branché ampéremètre I = 0,10 A Branché en milliampéremètre I = 100 mA |
Branché ampéremètre I = 0,10 A Branché en milliampéremètre I = 100 mA |
L’intensité ne dépend donc pas de la position de l’ampèremètre.
III Intensité dans différents circuits
1) Dans un circuit comprenant une seule lampe.
Le premier milliampéremètre mesure 100 mA Le second mesure 100 mA
Que dire de l’intensité en chaque point du circuit ?
Elle est la même
La relation est donc :
|
I1 = I2 |
Que se passe-t-il quand on ajoute un récepteur dans le circuit ?
L’intensité du courant diminue
2) Dans un circuit comprenant 2 lampes.
LES LOIS DES CIRCUITS
I) RELATION ENTRE LES INTENSITES (dans les différents montages)
Remarque: il s'agit de mesurer l'intensité électrique dans le circuit principal et dans les différents dipôles pour chacun des montages:
a) Montage en série b) Montage en dérivation
U U
Mesures: (par exemple) Mesures: (par exemple)
I = 202 mA La relation est donc: I = 0,51 A La relation est donc:
I1 = 202 mA I = I1 = I2 I1 = 0,41 A I = I1 + I2
I2 = 202 mA I2 = 0,10 A
Conclusions:
Dans un montage en série, l'intensité du courant est la même en tout point du circuit.
Dans un montage en dérivation, l'intensité électrique qui traverse la branche principale est égale à la somme des intésités électriques qui traverse la branches secondaires.
Ces lois que vous venez d'énoncer sont appelées: Lois des intensités
I = I1 = I2
Dans un montage en série l'intensité, est la même en chaque point du circuit.
A quoi est égale l’intensité dans la branche principale ?
l’intensité dans la branche principale (par exemple I1 est égale à la somme des intensités des courants (par exemples I2 et I3) dans les branches en dérivation.
La relation est donc :
|
I1 = I2 + I3 |
Pourquoi dans ce cas est-il possible
de comparer l’intensité électrique à une circulation d’automobiles?
A un carrefour le nombre de voitures qui arrivent est
égal au nombre de voitures qui en partent
IV Synthèse :Loi des circuits
Relations concernant les lois de circuits
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|
Montage en série |
Montage en dérivation |
|
Intensités (I, I1 et I2) |
I = I1 = I2 |
I = I1 + I2 |
|
Tensions (U, U1 et U2) |
U = U1 + U2 |
U = U1 = U2 |
Je viens de lire vos questions.
Merci de laisser vos adresses mails pour que je puisse vous répondre.
Pour ce qui concerne la fiche de TP sur la mesure de la tension, vous devez la compléter de schémas :
pour le 2), il faut rajouter au schéma déjà présent (à droite), 4 voltmètres pour mesurer la tension aux bornes des différents dipôles du circuit (attention à la borne "COM")
pour le II, il faut faire les schémas en série et en dérivation demandés, puis y ajouter 3 voltmètres de manière à mesurer la tension aux bornes des 2 lampes et du générateur (attention à la borne "COM").
Voici des sites à aller voir :
http://physiquecollege.free.fr/quatrieme.htm
Pour l'instant, n'allez pas trop vite. Visualisez les parties qui traitent de l'électricité, en particulier celle sur le multimètre (on va le voir à la rentrée...)
http://www.ac-orleans-tours.fr/physique/phyel/quatr/pagu/tensio.htm
...
1ère partie : ELECTRICITE
Chapitre 1 : La tension électrique
On représente un circuit électrique à l’aide d’un schéma.
Chaque élément est représenté par un symbole.
Ø Pile électrique :
Ø Autre générateur :
Ø Lampe à incandescence :
)
Ø Moteur électrique :
Ø Interrupteur :
Position : ouvert
Tous ces élément sont des dipôles : ils ont deux bornes.
Il existe deux sortes de matériaux :
Ø Les conducteurs :
Ils conduisent le courant électrique. Ce sont en général des métaux (fer, aluminium, cuivre, or…).
Ø Les isolants :
Ils ne laissent pas passer le courant électrique (ex : matières plastiques, bois sec…).
Dans ces montages, les dipôles sont montés les uns à la suite des autres. On dit qu’ils sont montés en série.
Ex :
Dans ce montage de lampes en série, la tension se répartit équitablement entre les lampes.
Si une lampe est détériorée, le circuit est ouvert et rien ne fonctionne.
Si une lampe est court-circuitée, les autres brillent plus.
4) Montage en dérivation
Dans ces montages, les dipôles sont directement entre les bornes du générateur. On dit qu’ils sont montés en dérivation.
Ex :
Dans ce montage de lampes en dérivation, chaque lampe est alimentée directement par le générateur.
Si une lampe est détériorée, les autres fonctionnent normalement.
Le court-circuit d’une lampe entraîne le court-circuit des autres lampes et du générateur : le générateur peut être détérioré.
1) Tension électrique
Sur les dipôles, la tension est exprimée en volt.
0bserver les dipôles devant vous. Retrouver les indications concernant la tension.
Petite lampe : 6 V (indiquée sur son culot)
Pile plate : 4,5 V
Pile ronde : 1,5 V
Lampe d’usage domestique : 220-230 V (indiquée sur l'ampoule -la partie en verre)
Générateur de laboratoire : 12 V ou 6 V
La tension indiquée sur les générateurs (pile, générateur de laboratoire, batterie…) est la tension qu’ils peuvent fournir tandis que sur les autres dipôles, c’est la tension qu’ils peuvent recevoir pour fonctionner correctement. Cette tension (sur les récepteur) s'appelle "tension nominale".
La tension qui existe entre les bornes + et – d’un générateur est une caractéristique essentielle de ce générateur.
Le rôle du générateur est d’appliquer une tension aux bornes d’un dipôle.
2) Mesure d’une tension électrique
Comme on vient de le voir, l’unité de mesure de la tension est le volt (symbole V). On utilise souvent des multiples ou des sous-multiples du volt :
Ø Le kilovolt : 1 kV = 1000 V = 103 V
Ø Le millivolt : 1 mV = 0,001 V = 10-3 V
3) Mesures de tensions aux bornes de dipôles isolés 
La valeur d’une tension s’exprime en volt (V).
On mesure une tension avec un voltmètre branché en dérivation.
Pour mesurer la tension d’un dipôle isolé , il suffit donc de brancher directement le voltmètre à ses bornes. On la notera respectivement pour le générateur de labo, la lampe et la pile (ici ronde) : UG1, UL et UG3
UG1 = 12 V UL = 0 V UG3 = 1,5 V 
Remarque : L’expérience confirme que les dipôles autres que les générateurs ne fournissent pas de tension.
4) Tension aux bornes de dipôles placés dans un circuit
Voir TP Lois des tensions.
a) Circuit en série :
On a vu que : U
Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôle
b) Circuit en dérivation :
On a vu que : UG = UL1 = UL2
La tension aux bornes de dipôles montés en dérivation est la même.
5) Mesures de tension aux bornes de piles électriques :
a) Placées en série
Mesures des tensions :
U1 = 4,5 V
U2 = 1,5 V
U3 = 6 V
Donc U3 = U1 + U2
U2 = 1,5 V
U3 = 0 V
U1 = 1,5 V
Si une pile est monté en opposition sa tension se soustrait aux autres donc le circuit ne fonctionne pas correctement.
Remarque : Cas de la pile plate :
principe :
On observe qu’une pile plate de 4,5 V est formée de 3 piles de 1,5 V montées en série
Unités : multiples et sous-multiples
Pour convertir les unités on peut utiliser le tableau de conversion.
Il peut être utilisé pour toutes les unités dites décimales (basées sur 10) telles que le mètre, le gramme, le volt, l'ampère ...
(Mais pas pour les unités comme celle du temps : la seconde car elle est basée sur 60 : 1h = 60 min; 1 min = 60s...)
Chaque unité est représentée par une ou plusieurs lettres.
Exemple : le mètre : m ; le gramme : g, le volt : V, l'ampère : A ...
Pour simplifier les écritures, on utilise des multiples ou des sous-multiples afin, entre autres, d'éviter d'avoir trop de 0 avant ou après la virgule ou pour pouvoir comparer des mesures .
1) Les multiples :
Voici quelques exemples assez connus de multiples :
Le kilo : k (1000 fois l'unité)
L’hecto : h (100 fois l'unité)
Le déca : da (10 fois l'unité), (rien à voir avec le café décaféiné appelé aussi déca !!!)
Ainsi on peut avoir des kilogrammes (1000 g), des kilomètres (1000 m), des kilovolts (1000 V)...
mais aussi hectogrammes (100 g), des hectomètres (100 m), des hectovolts (100 V)...
et des décagrammes (10 g), des décamètres (10 m), des décavolts (10 V)...
Il en existe d'autres :
Le méga : M (un million de fois l'unité : 1 000 000)
Le giga : G (un milliard de fois l'unité : 1 000 000 000)...
2) Les sous-multiples :
Voici quelques exemples assez connus de sous-multiples :
le déci : d (un dixième de fois l'unité : 1/10 ou 0,1)
le centi : c (un centième de fois l'unité : 1/100 ou 0,01)
le milli : m (un millième de fois l'unité : 1/1000 ou 0,001)
ainsi on peut avoir des décigrammes (0,1 g), des décimètres (0,1 m), des décivolts (0,1 V)...
mais aussi centigrammes (0,01 g), des centimètres (0,01 m), des centivolts (0,01 V)...
et des milligrammes (0,001g), des millimètres (0,001 m), millivolt (0,001 V)...
Le nano : n (un milliardième de fois l'unité : 1/1 000 000 000 ou 0,000 000 001)...
Une méthode universelle de conversion : le tableau de conversion
Pour pouvoir passer au multiple ou au sous-multiple, il faut diviser ou multiplier par 10.
Cette opération est faite dans le tableau ci-dessous en passant d’une colonne à l'autre.
Remarque : il y a 3 colonnes qui séparent les multiples supérieurs au kilo et les sous-multiples inférieurs au milli (car il faut multiplier par mille ou diviser par mille pour passer de l'un à l'autre).
Voici le tableau et comment l'utiliser :
|
giga |
|
kilo |
hecto |
déca |
unité |
déci |
centi |
milli |
|
micro |
nano |
|||||
|
G |
|
k |
h |
da |
|
d |
c |
m |
|
|
µ |
n |
||||
|
Ex. |
gigavolt |
|
kilovolt |
hectovolt |
décavolt |
volt |
décivolt |
centivolt |
millivolt |
|
microvolt |
|
nanovolt |
|||
|
GV |
|
kV |
hV |
daV |
V |
dV |
cV |
V |
|
µV |
|
nV |
||||
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
Important : il faut bien respecter les minuscules et les majuscules
1. Positionner la mesure que l'on doit convertir dans le tableau. (bien repèrer l’unité)
(Attention un seul chiffre par case et ne pas oublier pas la virgule s’il y en a une)
2. Repérer l'unité dans laquelle on doit convertir la mesure.
3. Enlever la virgule (s'il y en a une).
4. Rajouter un 0 dans chaque case jusqu'à arriver à la nouvelle unité.
5. Mettre une virgule après le chiffre qui est dans la case de la nouvelle unité (cela peut être un zéro ou non).
Exemple : Convertir 10,5 A en mA
1. Positionner la mesure que l'on doit convertir dans le tableau. (bien repérer l’unité)
(Attention un seul chiffre par case et ne pas oublier pas la virgule s’il y en a une)
3. Enlever la virgule (s'il y en a une).
4.
Rajouter un 0 dans chaque case jusqu'à arriver à la nouvelle unité.
Pour ce cas, il y a rien à faire…
Conclusion : 10,5 A = 10 500 mA
Autre exemple : Convertir 6,5 cA en A
1. Positionner la mesure que l'on doit convertir dans le tableau. (bien repérer l’unité)
(Attention un seul chiffre par case et ne pas oublier pas la virgule s’il y en a une)
2. Repérer l'unité dans laquelle on doit convertir la mesure.
3. Enlever la virgule
(s'il y en a une).
4. Rajouter un 0 dans chaque case jusqu'à arriver à la nouvelle unité.
5. Mettre une virgule après le chiffre qui est dans la case de la nouvelle unité (cela peut être un zéro ou non).
Conclusion : 6,5 mA = 0,065 A
La résistance électrique
I. Influence d’une résistance dans un circuit électrique
Une résistance est un dipôle très utilisé dans de nombreux appareils électriques.
II Symboles et unité
- symbole: R
- unité: l’ohm de symbole Ω (lettre grecque oméga)
- schématisation dans un circuit :
Circuit sans résistance
La lampe s’allume
Circuit avec résistance
I = 0,02 A (par exemple - tout dépend de la résistance)
La lampe ne s’allume pas car l’intensité du courant est trop faible
Conclusion : Une résistance permet d’abaisser l’intensité du courant électrique dans un circuit.
Remarques :
- Plus la résistance est grande, plus l’intensité du courant baisse.
-Le sens du branchement de la résistance ou le changement de place dans le circuit en série n’a pas d’influence sur la valeur de l’intensité.
Une résistance porte 4 anneaux colorés qui donnent une valeur approchée de la résistance.
On utilise alors la correspondance entre les couleurs et une valeur à partir du code des couleurs des résistances :
|
couleur |
|
anneau 1 |
anneau 2 |
anneau 3 |
anneau 4 |
|
|
|
1er chiffre |
2ème chiffre |
Multiplicateur X 10couleur |
tolérance |
|
noir |
|
0 |
0 |
x1 |
20% |
|
marron |
|
1 |
1 |
x10 |
1% |
|
rouge |
|
2 |
2 |
x100 |
2% |
|
orange |
|
3 |
3 |
x1000 |
|
|
jaune |
|
4 |
4 |
x10000 |
|
|
vert |
|
5 |
5 |
x10000 |
0,5% |
|
bleu |
|
6 |
6 |
x1000000 |
|
|
violet |
|
7 |
7 |
|
|
|
gris |
|
8 |
8 |
|
|
|
blanc |
|
9 |
9 |
|
|
|
or |
|
|
|
|
5% |
|
argent |
|
|
|
|
10% |
Exemple :
1er anneau : bleu 6 1er chiffre : 6
2ème anneau : rouge 2 2ème chiffre : 2
3ème anneau : orange 3 multiplicateur : x 103 (1000)
Valeur de la résistance : R = 62 x 1000
si 4ème anneau est or : 5%
R = 62 kΩ (+ ou – 5%)
Calcul des 5% de R :
R x 5% = 62 000 x 5/100 = 3 100 Ω
Donc 62 000 – 3100 ≤ R ≤ 62 000 + 3100
58 900 Ω ≤ R ≤ 65 100 Ω
58,9 kΩ ≤ R ≤ 65,1 kΩ
2) Utilisation d’un ohmmètres (multimètre en position ohmmètres)
Ohmmètre : Bornes Ω et COM du multimètre
Branchement : en direct aux bornes (2 fils) de la résistance en dehors du circuit :
La tension U aux bornes d’un conducteur ohmique est égal au produit de sa résistance R par l’intensité I du courant qui la traverse.
Relation U = R x I
U en V
R en Ω
I en A
Relations dérivées :
R = U / I
I = U / R
La résistance d’un fil électrique dépend :
- de la nature du métal (voir page 196 – 197)
- de la longueur L du fil ( si L ↑, R ↑)
- du diamètre D du fil ( si D ↓, R ↑)
Les conducteurs ont une très faible résistance
Les isolants ont une très grande résistance.
Pour un usage électrique donné, un métal est retenu en fonction de ses propriétés physiques notamment conductrices et leur température de fusion (passage entre l’état solide et liquide d’un métal) et de son prix.
Exemple d’utilisation des métaux :
FIN...
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