ELECTRICITE I. Les circuits électriques D`une façon générale

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Sup de Cours - Etablissement d'enseignement privé RNE 0333 119 L - 73, rue de Marseille - 33000 Bordeaux
ELECTRICITE
I. Les circuits électriques
D'une façon générale, un circuit électrique est constitué d'un ensemble d'éléments
(dont un générateur), reliés par une chaîne fermée de conducteurs.
1. Montage électrique avec une lampe et une pile
• Avec une pile plate
• Avec une pile ronde
• Schéma normalisé
Pour que la lampe brille, il faut relier ses 2 bornes aux 2 pôles de la pile
directement ou par l'intermédiaire d'un fil métallique ou tout autre
conducteur.
La pile est le générateur. La lampe est le récepteur.
Quand le circuit est fermé, un courant électrique y circule. Par convention, le
courant circule, dans le circuit placé entre les bornes du générateur, de la
borne + vers la borne -.

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2. La lampe à incandescence
La lampe à incandescence a été inventée par Thomas Edison (1878).
On rencontre un grand nombre de lampes à incandescence qui diffèrent par
leur forme, leur taille, le type de leur culot (culot à vis, culot à baïonnette)
mais toutes ont en commun ; une ampoule en verre, un filament et 2 bornes.
Sur le culot, on peut lire les tension et intensité nominales de la lampe.
Quand le circuit est fermé, le passage du courant électrique dans le filament,
le porte à incandescence.
L'éclat de la lampe augmente avec l'intensité du courant. L'intensité du
courant s'exprime en ampères (A).
La lampe à incandescence est un élément non polarisé. Son fonctionnement
est identique quelque soit son sens de branchement aux bornes de la pile. Le
moteur électrique est polarisé. Son sens de rotation dépend du sens de
branchement sur la pile.
3. Les piles
Il existe une grande variété de piles. Elles diffèrent par la forme, la taille
mais surtout par la tension exprimée en volts (V).
La pile plate est constituée de 3 piles rondes en série et en concordance
V = 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5V
La lampe utilisée doit être adaptée à la tension de la pile. La tension nominale
de la lampe doit correspondre à la tension de fonctionnement de la pile.
Exemple : avec une pile de 4,5 V, on peut utiliser une lampe de tension
nominale 3,5 V. A cause de sa résistance interne, la tension de
fonctionnement de la pile est inférieure à sa tension à vide. La lampe est
adaptée au générateur. Elle brille normalement.
Si la tension de la pile < la tension nominale de la lampe ð la lampe est sous
voltée (sous-tension) : elle brille faiblement ou ne brille pas.
Si la tension de la pile > la tension nominale de la lampe ð la lampe est sur
voltée (surtension) : elle brille fortement ou peut griller.
Si on connaît les tension et intensité nominales d'un récepteur, on peut en
déduire sa puissance nominale qui s'exprime en watt :
P = UI avec U en volt
I en ampère

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4. Montage électrique avec plusieurs lampes
• Montage série
Les lampes sont dans le même
circuit. Elles sont dépendantes.
Placé n'importe où dans le circuit,
un interrupteur (K) permet
d'allumer ou d'éteindre en même
temps toutes les lampes.
Si les lampes L1 et L2 sont identiques, elles brillent avec un éclat
identique, inférieur à celui d'une lampe seule. L'éclat diminue quand le
nombre de lampes augmente (elles peuvent ne plus briller si elles sont
trop nombreuses).
L'intensité du courant est la même en tout point du circuit.
La tension aux bornes de la pile est égale à la somme des tensions aux
bornes des lampes : U = U1 + U2.
• Montage parallèle
Les lampes sont dans des circuits
différents (en dérivation). Elles
sont indépendantes.
Placé dans la partie commune à tous
les circuits, un interrupteur (K)
permet d'allumer ou d'éteindre en
même temps toutes les lampes.
Cependant, il est possible de
commander les lampes
indépendamment les unes des
autres (K1 et K2).
Si le nombre des lampes n'est pas trop grand, chaque lampe brille autant
que si elle était seule.
L'intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités
des courants dans les branches dérivées : I = I1 + I2.
La tension est équivalente en tout point du circuit : U = U1 = U2.
• Montage mixte
Avec 3 lampes, plusieurs associations sont possibles.
Soient,
I : intensité du courant débité par la pile,
U : tension aux bornes de la pile,

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IN : intensité du courant qui traverse la lampe N,
UN : la tension aux bornes de la lampe N.
- L3 et L4 sont en série ; L5 est en parallèle
avec L4.
I = I3 = I4 + I5
U3 + U4 = U et U4 = U5
L3 brille faiblement. L4 et L5 brillent très
faiblement du même éclat (moindre que
celui de L3).
- L3 et L4 sont en série ; L5 est en parallèle
avec l'association L3, L4.
I = I5 + I'avec I' = I3 = I4
U5 = U
U3 + U4 = U
L3, L4 brillent du même éclat (faible). L5 brille normalement
- L3, L4 et L5 sont en série.
I = I3 = I4 = I5
U = U3 + U4 + U5
L3, L4 et L5 brillent du même éclat (très
faible).
- L3, L4 et L5 sont en parallèle.
I = I3 + I4 + I5
U = U3 = U4 = U5
L3, L4 et L5 brillent du même éclat (normal).
5. Associer des piles
• Piles en série et en concordance
La tension de l'ensemble est égale à la somme des tensions de chaque
pile : U = U1 + U2 + U3.

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• Piles en série et en opposition
La tension de la pile montée en sens inverse se retranche :
U = U1 - U2 + U3.
6. Effet joule
Le passage du courant électrique dans un conducteur s'accompagne toujours
d'un dégagement de chaleur appelé effet joule.
Dans les appareils de chauffage ou d'éclairage par incandescence, l'effet
joule est favorisé.
7. Puissance électrique
L'intensité du courant électrique traversant un élément de circuit se mesure
avec un ampèremètre (symbole ) branché en série.
La tension électrique aux bornes d'un élément de circuit se mesure avec un
voltmètre (symbole ) placé en dérivation à ses bornes.
Il est intéressant de réaliser le montage avec une seule pile de façon à faire
découvrir aux élèves que bien que la lampe à incandescence ne brille pas, un
courant électrique traverse le circuit.
A partir des mesures effectuées, on peut tracer le graphique suivant :
A
V