INTENSITE ET TENSION ELECTRIQUES

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LE CIRCUIT ELECTRIQUE

Définition.

On appelle circuit électrique une succession continue d’éléments conducteurs ou peut circuler un courant électrique.

Éléments d’un circuit électrique et leur représentation conventionnelle.

Les éléments :

Pour réaliser un circuit électrique, on a besoin d’un certain nombre d’éléments :

- Des fils conducteurs dont le rôle est de conduire le courant électrique.

- D’un interrupteur qui permet d’ouvrir ou de fermer le circuit.

- D’une lampe qui joue le rôle de récepteur.

- Des connections qui permettent de relier les éléments du circuit.

- D’une pile qui produit le courant électrique. On l’appelle aussi générateur. Une pile possède deux bornes différentes : Une borne positive (+) et une borne négative (-). Les générateurs qui produisent le courant de même type sont des générateurs de courant continu exemple : pile solaire, batterie.

Représentation normalisée ou conventionnelle.

Représentation d’un circuit électrique.

Pour schématiser un circuit électrique, on utilise les symboles normalisés des éléments.

Exemple : schéma normalisé du circuit électrique simple d’une lampe  :

Sens du courant électrique.

Par convention, le sens du courant électrique dans un circuit en courant continu est celui pour lequel il sort du générateur par sa borne positive (+) et y entre par sa borne négative (-). Ce sens se matérialise par une flèche dans le circuit (voir figure ci-dessus).

Circuit en série et circuit en dérivation.

Circuit en série.

Un circuit est dit en série lorsque chaque appareil est branché sur l’entrée du suivant. Dans un tel circuit, la mise hors circuit accidentelle (panne) d’un récepteur (exemple la lampe) ou volontaire empêche le fonctionnement des autres car le circuit est ouvert, le courant ne le traverse plus.

Exemple : Circuit de trois lampes en série.

Circuit en dérivation ou en parallèle.

Un circuit est dit en dérivation lorsque, le courant issu du générateur se partage pour alimenter les récepteurs. Dans un tel circuit la mise hors service d’une lampe n’empêche pas le fonctionnement des autres. C’est ce genre de circuit que l’on réalise dans les installations domestiques (maisons).

Exemple : Circuit de deux lampes en dérivation.

L’INTENSITE DU COURANT ELECTRIQUE.

Définition.

L’intensité du courant électrique est une grandeur physique qui caractérise la quantité d’électricité qui traverse une portion du circuit à un instant donné.

Un courant constant transporte une quantité d’électricité Q proportionnelle à la durée t de ce courant ; son intensité a pour mesure le quotient constant :

I=Q/t

Q : quantité d’électricité en coulomb (C );

t :temps en seconde (s) ;

I : intensité du courant en ampère (A).

L’intensité du courant se mesure à l’aide d’un appareil appelé l’ampèremètre qui se monte toujours en série sur la portion du circuit donnée. L’unité de l’intensité du courant est l’ampère de symbole A.

Mesure de l’intensité du courant électrique dans un montage en série et en parallèle.

Montage en série.

Considérons le montage ci-dessous :

Les valeurs indiquées par l’ampèremètre montre que I = I₁ = I₂

Dans un montage en série, l’intensité du courant est la même dans toutes les branches du circuit.

Montage en parallèle.

Considérons le montage ci-dessous :

Au nœud A, on a I = I₁ + I₂

Dans un montage en parallèle, l’intensité du courant débité par le générateur est la somme des intensités de courant qui circule dans chaque branche, c’est la loi des nœuds qui s’énonce tel que :

Loi des nœuds :  dans un montage en dérivation, l’intensité du courant principal fourni par le générateur est égale à la somme des intensités des courants dérivés.

TENSION AUX BORNES D’UN CIRCUIT.

Définition.

Lorsque deux points d’un circuit se trouvent dans des états électriques différents, il existe entre ces deux points une grandeur physique mesurable appelé différence de potentiel (ddp) ou encore tension électrique.

U=V_A-V_B

La tension électrique se mesure à l’aide d’un appareil appelé voltmètre qui se monte toujours en parallèle entre les points ou l’on veut mesurer la ddp. L’unité de la tension est le volt (V).

Mesure de la tension électrique dans un montage en série et en dérivation.

Montage en série.

Considérons le circuit ci-dessous

U =U₁ + U₂

Loi d’additivité des tensions : Dans un montage en série, la tension aux bornes du générateur est sensiblement égale à la somme des tensions qui existe aux bords des différents éléments du circuit.

Montage en dérivation

Considérons le circuit :

L’expérience montre que

U = U₁= U₂

Dans un montage en dérivation, la tension aux bornes du générateur est sensiblement égale à la tension aux bornes de chaque récepteur.

Remarque :

Les appareils de mesures utilisés sont parfois polarisés (+, -) ou (rouge, noir). Lors de leur utilisation, relié la borne (+) ou rouge à celle positive du générateur et la borne (-) ou noir à la borne négative du générateur.

EXERCICES

EXERCICE I :

Un courant constant I=2 A traversé un circuit électrique pendant t =1 h.

1.Calculer la quantité d’électricité transportée par ce courant.

2.Quel nombre d’électrons n traverse toutes les sections du circuit pendant ce temps.

La charge de l’électron : |q|=e=1,6.10^-19 C

EXERCICE II : Considérons le montage ci-dessous :

On peut lire sur les ampèremètres I = 2,5 A, et I₂ = 0,75A,

1. Calculer l’intensité I₁

2. Calculer la quantité d’électricité transportée par le courant principal en 5 mn.

EXERCICE III : Considérons le circuit ci-dessous

Soit le schéma ci-dessus, on lit sur les voltmètres U = 15V et U₁ = 8V,

1. Calculer U₂,

2. Le générateur délivre un courant I=2 A. Quel courant traverse les deux lampes ?

EXERCICE IV :

Sur une source de tension, on lit « 230 V ; 2 A ». Elle alimente deux lampes identiques L₁ et L₂.

1/ Que signifient ces indications ?

2/ Quelle est la tension aux bornes de L₂ ?

3/quelle est la tension aux bornes de L₂ ?

4/ quelle est l’intensité du courant qui traverse L₁ ?

EXERCICE V :

Situation-problème :

Dans le laboratoire du lycée de PIMS, l’enseignant responsable a retrouvé un résistor X. La valeur de la résistance de ce résistor obtenue à l’aide du code de couleur est 7,3 Ω. La charge de vérifier expérimentalement cette valeur a été confiée à deux groupes d’élèves.

Expérience réalisée par le groupe1 :
Matériel utilisé : générateur (E,r), ampèremètre (A), résistor de résistance R, résistance inconnue (X), interrupteur.
Montage réalise :

Données : E=9V, r=1Ω; R=9Ω; X inconnue
Résultat obtenue
Intensité du courant dans le circuit : I=0,52A

Expérience réalisée par le groupe 2 :
matériel utilisé : générateur (E₁,r₁), ampèremètre (A,), résistor de résistance R₁ résistance inconnue (X), interrupteur, thermomètre, chronomètre, calorimètre.
Montage réalisée :

Données : valeur en eau du calorimètre : μ=18g, masse d’eau introduite dans le calorimètre : m=100 g ; chaleur massique de l’eau : Ce=4180J/kg.°C.
autre information : Q=(μ+m)CeΔθ.
Résultat obtenue
Intensité du courant dans le circuit: I=0,52 A

Élévation de température Δθ=50 C après 20 min 48s.
Après ces expériences, les élèves n’arrivent pas à exploiter ces résultats.
1. En exploitant les informations de la première expérience et à l’aide d’une démarche scientifique, examine s’il y’a accord entre les résultats du premier groupe et la valeur donnée
Par le code de couleur 
2. En exploitant les résultats de la deuxième expérience et à l’aide d’une démarche scientifique, prononce-toi sur la valeur de la résistance donnée par le code de couleur.

CORRIGES:

EXERCICE I :.

1.Q=It 2x3600=7200 C

2.Q=ne => n=Q/e=7200/1,6.10^-19=4500.10¹⁹ d’électrons

EXERCICE II :

On peut lire sur les ampèremètres I = 2,5 A, et I₂ = 0,75A,

1. I₁ =I-I2=2,5-0,75=1,75A.

2. Q=It=2,5x5x60=750 C

EXERCICE III :

1.U=U₁+U₂ => U₂=U-U₁=15-8=7 V

2. 2 A. c’est un montage série

EXERCICE IV :

Sur une source de tension, on lit « 230 V ; 2 A ». Elle alimente deux lampes identiques L₁ et L₂.

1/ Que signifient ces indications ?

230V est la tension

16 A est l’intensité de courant maximale

2/ U1=230 V

3/U2=230 V

4/ I=I₁+I₂ or les lampes sont identiques donc I₁=I₂

I=2I₁ =>I₁=1 A

EXERCICE V :

1. Il s’agit de déterminer la résistance du résistor X partir de la première expérience afin de se prononcer sur l’accord entre la valeur-donnée par le code des couleurs et le résultat de L’expérience.
Pour cela, nous allons :
(i) Écrire la loi de Pouillet;
(ii) En déduire la valeur de X
(iii) Comparer la valeur obtenue à celle donnée par le code de couleurs et conclure.
• Loi de Pouillet :
I=∑E−∑E′/∑R =E/(R+r+X)⇒X= E/I−(r+R)
A.N X=7,3 Ω
• Cette valeur est la même que celle obtenue par le code de couleurs, il y a donc accord.
2. Il s’agit de déterminer la résistance du résistor X partir de la deuxième expérience afin de se prononcer sur la valeur donnée par le code des couleurs. 
Pour cela, nous allons: .
(i) Exprimer la quantité de chaleur Q reçue par l’eau et le calorimètre ;
(ii) Ecrire la loi de Joule pour la résistance X;
(iii) En déduire la valeur de X;
(v) Comparer la valeur obtenue à celle donnée par le code de couleurs et conclure.
• Quantité de chaleur reçue par le calorimètre et l’eau:
Q=(μ+m)CeΔθ
• Loi de Joule W=X.I2t
Q+W=0 soit (μ+m)CeΔθ=X.I²t
X=(μ+m)CeΔθ/I²t
A-N : X=7,3 Ω
• Cette valeur est la même que celle obtenue par le code de couleurs ; la valeur obtenue par le code de couleur est correct

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