Leçon et corrigé des exercices

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:
S’exprimer à l’écrit en utilisant un vocabulaire scientifique.
S’exprimer à l’oral (participer)
Faire un schéma
Convertir les unités
Travailler en équipe, s’impliquer et réaliser un projet.
Utiliser des outils (simulations)
Adopter un comportement responsable, respecter les règles de sécurité.
Identifier une question et la reformuler
Proposer une hypothèse
Proposer une méthode, une expérience pour tester l’hypothèse.
Exprimer un résultat (grandeur, unité, chiffres significatifs)
Interpréter les résultats (observations, mesures), conclure.
Réaliser un montage à partir d'un schéma.
Mesurer des grandeurs physiques (mise en œuvre, précision).
D1.1
D1.1
D1.3
D1.3
D2.2
D2.4
D3.4
D4.1
D4.1
D4.1
D4.1
D4.1
D4.2
D4.2
I.
Acquis
Cas d’un circuit en série.
AE: Le chandelier électrique.
COM
V
L1
Schémas
L1
L2
UG=12.14V
L3
L1
L2
L3
L1
L2
L3
L3
COM
Mesures
L2
V
COM
UL1=4.07V
V
UL2=4.06V
COM
UL3=4.03V
Observation : 4.07+4.06+4.03=12.1612.14 V (écart maxi de 0.04V)
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.
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V
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 V (10 × 1,2).
2. L’intensité du courant qui circule dans la
guirlande est alors de 0,3 A.
11p120 : Exploiter une photographie.
1.
2. La relation est la suivante : 3,99 V + 1,96 V
= 5,95 V.
3. 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 V (6/3).
3. La tension qui existe entre A et B est égale
à 4 V (2 + 2).
23p122 : Electrowoman
Nombre de DEL nécessaires : 9 V / 1,2 V =
7,5, donc 8 DEL seront placées en série selon
le schéma suivant :
24p122 : Au supermarché
230 V 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 1819.
25p122 : promenade en VTT.
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.
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II. Cas d’un circuit comportant des dérivations.
COM
V
L1
COM
V
L1
L1
L2
COM
Schémas
L1
V
L2
L2
L2
L3
L3
L3
L3
COM
UG=11.82V
UL1=11.82V
UL2=11.81V
V
UL3=11.81V
Mesures
Observation : UG=UL1=UL2= 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 V4 indique 5 V (comme V3) car
les lampes sont associées en dérivation
Le voltmètre V1 indique 9 V = 4 + 5.
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 L2 : il devrait y avoir 2,1 V au lieu
de 1,6 V.
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AE : Les lumières de Monsieur Lux.
COM
A
L1
L1
Schémas
L1
A
COM
L2
L2
L2
COM
Mesures
IG=138,8mA
IL1=92,9mA
A
IL2=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, L2 s’éteint et L1
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
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17p120 : Fonctionnement de dipôles.
1. I moteur = 520 mA (le moteur est en série
avec L1).
2. Rédaction type :
Données :
IG = IL2 = 0,74A = 740mA
IL1 = IM = 520mA
IL3 = ?
Dans le circuit comportant des dérivations :
L3 est en dérivation avec l’ensemble (L1,
moteur).
Donc :
IG = IL1 + IL3
IL3 = IG – IL1
IL3 = 740 – 520
IL3 = 220mA
19p120 : Technique automobile
1. La tension de la batterie utilisée est égale à
12 V.
2. Les lampes sont branchées en dérivation et
la batterie débite un courant d’intensité
égale à : 2 × 3,8 + 0,4 + 4 × 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 L1 et L2 du circuit de l’activité
2. Le voltmètre V aux bornes du générateur indique 6,06 V.
3. L’ampèremètre A dans la branche principale indique 0,33 A, A1 dans la branche contenant L1 indique
0,09 A, A2 dans la branche contenant L2 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 2.
5. Les intensités des courants traversant L1 et L2 sont égales à celles obtenues à l’activité 2.
6. 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 2.
2. L’ampèremètre A dans la branche principale indique 0,1 A, A1 dans la branche contenant L1
indique 0,05 A et A2 dans la branche contenant L2 0,05 A.
3. Le voltmètre V1 aux bornes du générateur indique 6,04 V, V2 aux bornes de L1 et de L2 indique
1,76 V et V3 aux bornes de L3 4,28 V.
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 L1 est plus faible que celle obtenue à l’activité 2 (1,76 V < 5,84 V).
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.
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7. La somme des tensions existant aux bornes de L3 et de l’ensemble constitué par L1 et L2 est
égale, aux erreurs d’expérience près, à la tension aux bornes du générateur : 4,28 + 1,76 = 6,04 V.
8. 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 :
18p121 : C’est noël.
1. La tension d’une lampe est égale à :
220/20 = 11 V.
2. 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.
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.
– 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.
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IV. 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.
Volt, V.
Appareil de mesure
Ampèremètre qui se branche en série.
Voltmètre 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.
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