L`intensité du courant électrique dans un circuit comportant des

Document du professeur 1/4
Niveau 4
ème
Fiche professeur
Physique – Chimie
INTENSITE DU COURANT ELECTRIQUE DANS
UN CIRCUIT COMPORTANT DES DERIVATIONS
Programme
C - Le courant électrique
Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril
2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de
compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006).
Connaissances
Capacités
Exemples d'activités
INTENSITÉ ET TENSION : DEUX GRANDEURS ÉLECTRIQUES ISSUES DE LA MESURE
Quelles grandeurs électriques peut-on mesurer dans un circuit ?
Lois d’unicité de l'intensité en courant
continu dans un circuit série et
d’additivité de l’intensité dans un
circuit comportant des dérivations.
Vérifier l'unicité de l'intensité en
courant continu dans un circuit série et
l’additivité de l’intensité dans un
circuit comportant des dérivations.
Mise en évidence expérimentale des
lois concernant l'intensité :
- unicité dans un circuit en boucle
simple ;
- additivité pour un circuit comportant
des dérivations.
Caractère universel (indépendant de
l’objet) des lois précédentes.
[Thème : Sécurité ; Pensée statistique]
[Technologie : environnement et énergie]
[Mathématiques : notation scientifique, ordre de grandeur ; organisation et gestion de données]
[Histoire des sciences : les travaux d’Ampère ; les travaux de Volta]
Pré requis de l’élève
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L’élève sait réaliser un circuit électrique comportant des dérivations sur une platine à partir de son
schéma ;
L’élève sait représenter par un schéma un circuit électrique comportant des dérivations ;
Il sait utiliser un multimètre monté en ampèremètre.
Mots clefs
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Ampère
Ampèremètre
Boucle
Branche dérivée
Branche principale
Calibre
Circuit
© PIERRON 2007
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Courant
DEL
Dérivation
Générateur
Intensité
Interrupteur
Lampe
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Loi
Mesure
Moteur
Multimètre
Nœud
Résistance
Schéma
Intensité du courant électrique dans
un circuit en dérivation (page 1)
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Prévoir
Matériel
Poste élève
o Une alimentation à 6 tensions continues
o Un ensemble Sécucontact collège
o Un cordon noir 50 cm
o Un cordon rouge 50 cm
o Un multimètre numérique
o Une « ampoule » basse tension 6V/0,05A
o Une « ampoule » basse tension 6V/0,1A
o Une « ampoule » basse tension 6V/0,35A
o Une « ampoule » basse tension 6V/1A
Référence
01983
10234
60040
60041
01266
03702
03703
06030
06031
Remarques, astuces
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o
On pourra aider l’élève en lui demandant de mettre des cavaliers munis de shunts aux emplacements
prévus pour mesurer l’intensité du courant électrique ;
D’autre part, il faudra se montrer vigilant lorsque l’élève placera l’ampèremètre : une erreur fréquente
consiste à le mettre en dérivation entre les bornes du cavalier ;
Chaque élève vérifiera deux fois la loi. En utilisant dans les différents groupes des composants aux
caractéristiques différentes, le nombre de vérifications sera ainsi multiplié ;
Pour identifier facilement les lampes, une petite touche de vernis à ongle d’une couleur caractéristique
déposée sur l’ampoule s’avère très efficace ;
Une discussion sera nécessaire afin de faire admettre aux élèves qu’une loi se vérifie même si,
expérimentalement, on constate de petits écarts (thème de convergence : mode de pensée statistique).
Prolongements
o
Il est bon de rappeler aux élèves qu’une boucle de courant doit contenir le générateur.
o Un montage constitué de trois branches dérivées pourra être proposé en évaluation
expérimentale afin de vérifier le caractère universel de la loi d’additivité des intensités
des courants électriques dans un circuit comportant des dérivations ;
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o
On pourra faire remarquer à l’élève que, plus on ajoute de branches dérivées, plus l’intensité du courant
dans la branche principale augmente et plus les fils chauffent : ceci constitue une approche de la
sécurité abordée en 3ème ;
Le professeur pourra également montrer qu’en court-circuitant une branche dérivée, cela revient à
mettre le générateur en court-circuit (étudié en 5ème) : l’intensité du courant dans la branche principale
devient alors très forte avec les risques que cela comporte.
Pistes d’évaluation
Expérimentales
Théoriques
© PIERRON 2007
-
Accepter le rôle dévolu à chaque membre du groupe ;
Ordonner le matériel sur la table ;
Réaliser chacun des deux circuits ;
Préparer le multimètre en ampèremètre (activité 1) ;
Réaliser correctement les mesures d’intensité ;
Ranger le matériel.
Schématiser le circuit 2 ;
Commenter les résultats obtenus pour chacun des montages ;
Commenter les résultats de la classe dans l’activité 2 ;
Ecrire la conclusion de l’activité 2.
Intensité du courant électrique dans
un circuit en dérivation (page 2)
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Nom :
Prénom :
Classe :
Date :
Physique – Chimie
INTENSITE DU COURANT ELECTRIQUE DANS
UN CIRCUIT COMPORTANT DES DERIVATIONS
Objectifs
•
Découvrir la loi relative à l’intensité du courant électrique dans un circuit comportant des
dérivations ;
• Vérifier le caractère universel de cette loi.
ACTIVITÉ 1 : Intensité du courant électrique dans un circuit comportant des dérivations.
1. Sur la platine de câblage, construire le circuit
photographié ci-contre (circuit 1) comportant
deux lampes différentes placées en dérivation
l’une de l’autre.
Combien ce circuit comporte-t-il de boucles ?
Ce circuit comporte deux boucles.
Ce circuit possède une branche principale qui comprend le
générateur et, entre les points A et B, deux branches dérivées
ne contenant pas le générateur. Associées à la branche
principale, les branches dérivées complètent les boucles du
circuit (ici deux boucles).
Les points A et B sont appelés des nœuds de courant.
Circuit 1
2. Préparer le multimètre en ampèremètre.
3. Mesures d’intensités
On mesure l’intensité (I) du courant électrique dans la branche
principale ainsi que dans les branches dérivées (I1 et I2).
Placer l’ampèremètre de manière à mesurer I (voir schéma ci-contre) : I = …… A
Mesurer ensuite I1 et I2 :
I1 = …… A ; I2 = …… A
Que remarquez-vous en comparant I1, I2 et I ?
Lorsqu’on ajoute I1 et I2, on retrouve pratiquement I.
4. Reporter dans le tableau ci-dessous les résultats des différents groupes puis compléter la
cinquième ligne du tableau.
n° du
1
2
3
4
5
6
7
8
groupe
I (A)
I1 (A)
I2 (A)
I1 + I2 (A)
Votre remarque se vérifie-t-elle pour les différents groupes ?
La remarque se vérifie bien même si on constate parfois de petits écarts.
Même si de petites différences sont constatées entre I d’une part et I1 + I2 d’autre part,
l’ensemble de ces résultats permet d’affirmer que l’intensité I du courant électrique dans la
branche principale et la somme des intensités I1 + I2 des courants électriques dans les branches
dérivées sont égales.
© PIERRON 2007
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un circuit en dérivation (page 3)
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ACTIVITÉ 2 : Intensité du courant dans un deuxième circuit comportant des dérivations
1. Construire un deuxième circuit comportant des dérivations
(circuit 2) :
o La première branche comporte un moteur.
o La deuxième branche comporte une
«résistance» et une DEL placées en série.
2. Représenter le schéma du circuit dans le cadre ci-après.
3. Mesurer l’intensité du courant électrique dans la branche
principale ainsi que dans les branches dérivées.
I = …… mA
I1 = …… mA
Circuit 2
I2 = …… mA
Que remarquez-vous en comparant I1, I2 et I?
Si on fait la somme I1 + I2, on retrouve pratiquement I.
4. Reporter dans le tableau ci-dessous les résultats de quelques groupes puis compléter la
cinquième ligne du tableau.
Commenter ces résultats.
Pour tous les groupes, on remarque
que la somme I1 + I2 correspond à
peu près à la valeur de I.
n° du groupe
I (mA)
I1 (mA)
I2 (mA)
I1 + I2 (mA)
5. Dans la première branche, inverser la résistance et la DEL puis recommencer les mesures
d’intensité I, I1et I2.
I = …… mA
I1 = …… mA
I2 = …… mA
Comparer ces valeurs à celles obtenues précédemment.
Ce sont les mêmes valeurs d’intensités.
Ranger le matériel.
6. Conclusion
L’ensemble des résultats de la classe vous permet de compléter la conclusion ci-dessous.
Dans un circuit comportant des dérivations, l’intensité du courant électrique qui circule
dans la branche principale (I) est égale à la somme des intensités des courants électriques
circulant dans les branches dérivées (I1 et I2).
S
I = I1 + I2
Les intensités ne dépendent pas de l’ordre des dipôles dans chacune des branches.
Si un circuit comporte plus de deux branches dérivées, cette loi se vérifie encore [par
exemple, s’il y a 4 branches dérivées, I (dans la branche principale) = I1 + I2 + I3 + I4].
LES GRANDEURS CHANGENT MAIS LES LOIS DEMEURENT.
© PIERRON 2007
Intensité du courant électrique dans
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