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Objectifs de la leçon
Programme officiel latoires, l’enseignant amène l’élève à identifier la
grandeur «tension» et à s’apercevoir qu’elle peut
être nulle si un courant circule (fil de connexion
branché dans un circuit et traité comme un dipôle),
et différente de zéro même si aucun courant ne cir-
cule (bornes d’un interrupteur ouvert dans un cir-
cuit, diode en inverse).
Un circuit électrique est un ensemble d’éléments
reliés entre eux dont chacun contribue au fonction-
nement global du circuit. Dans une branche, l’ordre
des éléments n’a pas d’importance sur les valeurs
des tensions aux bornes de chacun d’eux.
Sur les schémas électriques, les multimètres sont
représentés de façon à ce que les résultats qu’ils
affichent soient positifs.
L’activité de schématisation prend ici une place tout
particulièrement importante dans cette partie du
programme : les élèves y manipulent des représen-
tations symboliques codées,ce qu’ils ont encore peu
réalisé.
Les objectifs sont présents dans les pages d’ouver-
ture du chapitre; ils annoncent les compétences
théoriques et expérimentales visées dans le chapitre :
•Apprendre à utiliser un multimètre en voltmètre.
•Apprendre à mesurer une tension.
•Vérifier qu’il peut y avoir une tension entre les
deux bornes d’un dipôle qui n’est pas traversé par le
courant.
•Vérifier qu’un dipôle peut être parcouru par un cou-
rant sans tension notable entre ses bornes.
•Savoir choisir une lampe adaptée à une pile donnée.
•Compétence expérimentale : Brancher un multimètre
utilisé en voltmètre.
•Compétence expérimentale : Mesurer une tension.
CHAPITRE 7Une grandeur électrique : la tension 61
Chapitre 7
Une grandeur électrique : la tension
Connaissances
•
La tension électrique aux bornes d’un dipôle
se mesure avec un voltmètre branché en déri-
vation à ses bornes.
•
Unité de tension : le volt.
•
Symbole normalisé du voltmètre.
•
Il peut y avoir une tension entre deux points entre
lesquels ne passe aucun courant; un dipôle peut
être parcouru par un courant sans tension notable
entre ses bornes.
•
Pour fonctionner normalement, un dipôle doit
être adapté au générateur utilisé.
•
Tension nominale.
•
Surtension et sous-tension.
Capacités
•
Brancher un multimètre utilisé en voltmètre
et mesurer une tension.
•
Schématiser le circuit et le mode de branche-
ment du multimètre pour mesurer une tension
positive.
•
Identifier les bornes d’une pile,mettre en évi-
dence la tension entre ses bornes en circuit
ouvert.
•
Prévoir le fonctionnement d’une lampe connais-
sant sa tension nominale et la tension du généra-
teur branché à ses bornes.
•
Interpréter en termes de tension l’éclat d’une
lampe dont on connaît les valeurs nominales.
Commentaires
La partie «Électricité» a pour objet d’introduire les
lois du courant continu à partir de mesures de cou-
rants électriques réalisées par les élèves eux-mêmes
dans le cadre d’une démarche d’investigation. Elle
prolonge l’approche qualitative des circuits vue à
l’école primaire et en classe de cinquième.
L’approche de la grandeur «tension électrique» est
opératoire. De façon qualitative, puis quantitative,
sans que cette étude conduise à des exercices calcu-
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Activités
Documents
3. Comment mesurer la tension
aux bornes de dipôles formant
un circuit?
L’accent est tout d’abord mis sur le mode de branche-
ment du voltmètre dans un circuit en fonction-
nement.
Afin de faciliter le travail en autonomie, le vocabu-
laire spécifique est rappelé dans un encart spécial sur
la même page.
Cette activité renferme un des points forts du pro-
gramme : « Reconnaître qu’il peut y avoir une tension
entre deux points entre lesquels ne passe aucun courant
et qu’inversement un dipôle peut être parcouru par un
courant sans tension notable entre ses bornes ». Ces
conclusions ressortent de la comparaison des valeurs
de la tension aux bornes de tous les dipôles d’un
montage en boucle simple, en circuit fermé puis
ouvert.
4. À quelle condition une lampe
et une pile sont-elles bien adaptées?
Cette activité cible la deuxième «utilisation» de la
tension : l’adaptation entre un récepteur et un géné-
rateur.
Afin de faciliter l’approche de cette notion déjà ren-
contrée l’année précédente,le parallèle est fait entre
l’éclat de la lampe et la tension entre ses bornes. Le
déroulement guidé de l’expérience ainsi que les pho-
tographies explicites des trois montages permettent
de façon claire d’aboutir à la phrase de conclusion.
1. Présentation du multimètre
Ce chapitre d’électricité constitue pour les élèves la
première occasion de rencontrer l’appareil de mesure
qu’ils utiliseront durant leur scolarité au collège. Il
paraît donc nécessaire d’en faire une présentation
simple mais complète : l’utilisation des couleurs pré-
sentes sur le multimètre permet un repérage rapide
des différentes fonctions de cet appareil.
Même si le type de multimètre change selon les éta-
blissements, le professeur pourra mettre à profit ce
document pour montrer que la démarche d’utilisa-
tion d’un multimètre est identique malgré la variété
des appareils.
Partie 2 Les lois du courant continu
62
Dans les pages d’activités, l’élève assiste quasiment
«en direct» aux expériences grâce aux photogra-
phies. On lui pose un certain nombre de questions
qui le guident pour atteindre les différents objectifs
du chapitre. Il trouvera toutes les réponses dans les
deux pages suivantes, c’est-à-dire dans la rubrique
«cours» : les mêmes expériences y sont analysées
suivant une démarche en trois volets, toujours iden-
tique : observation, interprétation, conclusion.
À la fin du cours, l’essentiel apparaît sous forme de
dessins et de schémas. L’élève pourra en retrouver
une trace écrite en complétant le premier exercice de
la partie «Je contrôle mes connaissances». Les
réponses données à la fin de l’ouvrage lui permet-
tront de vérifier si le « minimum» est acquis.
1. Comment mesurer la tension
entre les bornes d’une pile plate?
Cette activité est une étape fondamentale dans la
progression : il s’agit de la première mesure réalisée
en électricité par les élèves.Grâce aux photographies
et par un questionnement simple et précis, les diffé-
rentes étapes à réaliser pour utiliser correctement un
multimètre en voltmètre sont clairement détaillées.
La mesure de la tension aux bornes d’une pile plate
permet de préciser la notation de la grandeur tension
(U) ainsi que son unité.
Le respect de la couleur des fils n’est pas anodin : on
peut faire remarquer que le fil rouge est directement
relié au signe «+» de la pile et le fil noir au
signe «-». Le but, conformément aux instructions
officielles,est d’obtenir une mesure toujours positive
de la grandeur.
2. Que vaut la tension aux bornes
d’autres dipôles isolés?
Cette activité est un prolongement des définitions de
« générateur » et « récepteur » données en classe
de 5e. Après avoir effectué diverses mesures, l’élève
pourra s’apercevoir que la tension n’est pas nulle
entre les bornes d’un générateur isolé,contrairement
à celles d’un récepteur.
D’autre part, la mesure de la tension aux bornes
d’une pile usagée permettra de justifier l’évolution
au cours du temps de cette grandeur dans un circuit
électrique.
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Correction des exercices
Compétence expérimentale
et démarche d’investigation
Réponses aux questions
1. Ce multimètre permettra la mesure de la tension
électrique : on voit d’une part que le sélecteur est
placé dans le secteur des tensions continues sur le
calibre 600 V, et d’autre part que les bornes de
connexion utilisées sont «V» et «COM».
2. Le résultat de la mesure sera exprimé en volts.
3. Puisque le calibre sélectionné est 600 V, la valeur
maximale de la mesure réalisable sera 600 V.
2. Quand la très basse tension
nous éclaire
Ce mode d’éclairage maintenant très utilisé permet
d’ancrer la tension dans la vie quotidienne, en met-
tant en avant ses avantages sans négliger les explica-
tions touchant à la sécurité électrique, interrogation
fréquente et légitime des élèves.
Réponses aux questions
1. La «très basse tension» correspond à des valeurs
de tension ne dépassant pas 50 volts.
2. Les câbles ont une double fonction : ils servent à
suspendre les lampes mais aussi à conduire le cou-
rant électrique.
3. Une gaine isolante n’est pas nécessaire car la ten-
sion du courant qui parcourt ces câbles est relative-
ment faible et présente très peu de danger.
4. L’éclairage «très basse tension» présente beau-
coup d’avantages :
– La lumière produite est proche de la lumière natu-
relle, d’où un plus grand confort;
– La consommation électrique est moindre pour la
même efficacité lumineuse;
– Les câbles suspensifs d’alimentation s’adaptent aux
différents types d’habitats de façon esthétique.
•
Brancher un multimètre utilisé en voltmètre
•
Mesurer une tension
Cette page place l’élève face à un problème concret
qu’il doit résoudre en mettant à profit les compé-
tences acquises durant le chapitre.
L’illustration et la description concise permettent
une appropriation facile du problème.L’élève travaille
ensuite en reprenant la démarche expérimentale.
Je réfléchis
Les élèves,responsabilisés et motivés par l’obtention
ultérieure du matériel, travaillent par groupes de
deux ou trois. La discussion peut s’engager pour
émettre des hypothèses et proposer un protocole
expérimental au professeur. La diversité des groupes
et leurs différentes vitesses d’exécution facilite la
gestion de la classe en échelonnant les interventions
de l’enseignant au sein de chaque groupe.
Je réalise le montage
Après avoir obtenu l’accord du professeur (consigne
explicite), l’élève récupère le matériel pour conduire
lui-même la résolution du problème. Le professeur
peut ainsi évaluer les compétences expérimentales
mises en jeu.
Je communique mes résultats
L’acquisition et la structuration des connaissances
passe par un compte-rendu qui respecte les
consignes fixées par le professeur. Établies en début
d’année, les élèves se les approprient au fil des
séances et deviennent de plus en plus autonomes.
Je contrôle mes connaissances
Je retrouve l’essentiel
Une tension électrique s’exprime en volts (symbole : V)
et se mesure avec un voltmètre (symbole : ).
Un voltmètre se monte en dérivation. Une tension
peut exister entre les bornes d’un dipôle sans qu’il soit
traversé par le courant.
Un courant peut traverser un dipôle même si la ten-
sion entre ses bornes est nulle.
Dans un circuit en boucle simple, la tension du géné-
rateur est appliquée, par l’intermédiaire des fils,
entre les bornes du récepteur.
Une lampe est bien adaptée à un générateur si cette
lampe brille normalement.La tension entre les bornes
de la lampe est alors voisine de sa tension nominale.
Lorsque la tension entre les bornes d’une lampe est
inférieure à sa tension nominale,on dit qu’elle est en
sous-tension : elle brille peu.
Lorsque la tension entre les bornes d’une lampe
est supérieure à sa tension nominale, on dit qu’elle
est en surtension : elle brille trop et risque d’être
détruite.
1
CHAPITRE 7Une grandeur électrique : la tension 63
V
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J’utilise mes connaissances
Représenter des voltmètres
sur un schéma
Choisir le bon schéma de montage
a. Le montage 2 permettra de connaître la tension
entre les bornes de la lampe.
b. Dans le montage 1, on ne mesure pas la tension
aux bornes de la lampe mais aux bornes de l’inter-
rupteur; le voltmètre du montage 3 est monté en
série.
Repérer la tension nominale
a. La tension nominale de cette lampe est de 230 V.
b. Alimentée par une pile plate,la lampe est en sous-
tension : la tension de la pile est tellement inférieure
à la tension nominale de la lampe que celle-ci ne
s’éclaire même pas!
Analyser un montage
et prévoir les résultats des mesures
a.
b. Le circuit est fermé car la lampe brille.
c. Le voltmètre mesure la tension UL= 6 V.
UF= 0 V (la tension est nulle aux bornes d’un fil).
UK= 0 V (la tension est nulle aux bornes d’un inter-
rupteur fermé).
UG= 6 V (dans un montage en boucle simple, la ten-
sion du générateur est appliquée aux bornes du
récepteur : elle sont donc identiques).
Effectuer des conversions
a. 1 V = 1000 mV. d. 0,03 V = 30 mV.
b. 5 V = 0, 005 kV. e. 100 000 V = 100 kV.
c. 325 mV = 0,325 V. f. 0,23 kV = 230000 mV.
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10
9
8
7
Préparer un multimètre à fonctionner
en voltmètre
a. Le sélecteur de fonction est désigné,sur la photogra-
phie, par le numéro 2.
b. Pour mesurer une tension continue, il faut placer
le sélecteur dans la zone 5.
c. Le courant doit entrer dans l’appareil par la borne
A (marquée «V») et sortir par la borne B (marquée
«COM»).
Repérer les calibres d’un voltmètre
a. Ce voltmètre dispose des calibres 2 V, 20 V, 200 V
et 600 V.
b. Il faut toujours débuter une mesure par le plus
grand calibre afin de ne pas risquer de détériorer l’ap-
pareil.
c. Le voltmètre affiche «1.» lorsque la grandeur me-
surée est supérieure au calibre sélectionné.
Savoir lire un résultat
a. La tension entre les bornes de la pile est de 4,45 V.
b. On a utilisé le calibre 20 V.
c. Le calibre immédiatement inférieur est 2 V : on ne
peut donc pas l’utiliser puisque la valeur de la ten-
sion mesurée lui est supérieure.
d. En permutant les connexions sur la pile, le volt-
mètre afficherait «– 4,45 », il serait monté «à l’en-
vers». Sa borne «V» serait connectée à la borne
négative de la pile et sa borne «COM» à la borne
positive.
Mesurer la tension d’une pile
a. La pile plate est censée avoir une tension de 4,5 V
entre ses bornes. Il faut donc choisir le calibre dispo-
nible qui est immédiatement supérieur à cette
valeur : c’est 20 V.
b. La borne «plus» de la pile doit être connectée à la
borne «V» du multimètre, et la borne «moins» doit
être reliée à la borne «COM».
Adapter une lampe à une pile
a. La lampe qui brille le moins est celle dont la ten-
sion nominale vaut 6 V car elle est alimentée par une
tension inférieure à sa tension nominale.
b. La lampe en surtension est celle dont la tension
nominale vaut 1,5 V car elle est alimentée par une
tension très supérieure à sa tension nominale.
c. La lampe la mieux adaptée au générateur est celle
dont la tension nominale vaut 4 V car elle est alimen-
tée par une tension voisine de sa tension nominale.
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4
3
2
Partie 2 Les lois du courant continu
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+–
V V
V
+–
V
G
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+– +–
–+–+ –+
Corriger une erreur de montage
a.
b. La valeur affichée est négative car le courant entre
par la borne « COM» et sort par la borne «V». Il fau-
drait donc inverser les connexions sur le voltmètre.
c. La tension entre les bornes de la pile est 3,87 V. Le
générateur est une pile plate dont la tension vaut 4,5 V
lorsqu’elle est neuve. La pile est donc peu usagée.
d. La lampe est bien adaptée à la pile puisque sa
tension nominale est voisine de celle du générateur.
J’approfondis mes connaissances
Retrouver les valeurs de la tension
a. U2= U1= 6 V (dans un montage en boucle simple,
la tension du générateur est appliquée aux bornes du
récepteur : elle sont donc identiques).
b. U3= 0 V (la tension est nulle aux bornes d’un inter-
rupteur fermé).
c. Si l’interrupteur est ouvert, alors :
U1= 6 V (la tension aux bornes du générateur n’a pas
changé);
U2= 0 V (la lampe ne brille pas car aucun courant ne
circule);
U3= 6 V (la tension entre les bornes de l’interrupteur
ouvert est égale à celle du générateur dans un mon-
tage en boucle simple).
13
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CHAPITRE 7Une grandeur électrique : la tension 65
+–
V
+
–
COM
V
COM
V
V
COM
V2
V3V1
Associer des piles
a. Aux bornes d’une pile ronde, on a une tension de
1,5 V.
Aux bornes d’une pile plate,on a une tension de 4,5 V.
Aux bornes d’une pile rectangulaire,on a une tension
de 9 V.
b. Sur la figure 1, on voit qu’une pile plate résulte de
l’association de trois piles rondes :
1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V.
De la même façon, en regardant la figure 2, on voit
que six piles rondes associées entre elles fournissent
une tension de : 6 x 1,5 = 9 V. C’est bien la tension qui
existe entre les bornes d’une pile rectangulaire.
Un peu de maths
a. On ne peut pas affirmer que 220 V est le résultat
exact de la mesure : il faut tenir compte de l’indica-
tion de la notice,qui précise que le résultat est donné
avec une «marge d’erreur» de 1,5 %.
b. Le résultat de mesure peut donc s’exprimer sous la
forme d’un encadrement :
220 – (1,5 x 220/100) < U< 220 + (1,5 x 220 /100)
c’est-à-dire : 220 – 3,3 < U< 220 + 3,3
soit : 216,7 V < U< 223,3 V.
Alimenter une lampe
avec plusieurs piles
a. Schéma dela figure 1 : la lampe a un éclat faible.
Schéma de la figure 2 : la lampe a un éclat normal.
b. Dans le premier montage,la tension aux bornes de
la lampe est identique à la tension fournie par l’asso-
ciation de deux piles rondes : 1,5 + 1,5 = 3 V.
Dans le second montage, la tension aux bornes de la
lampe est identique à la tension fournie par l’associa-
tion de trois piles rondes : 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V.
c. Les trois piles du montage de la figure 2 pourraient
être remplacées par une seule pile plate.
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