3-tension dans les circuits

LA TENSION DANS LES CIRCUITS ELECTRIQUES
Tous les circuits ont besoin d'une batterie, d'une pile ou de toute autre source d'énergie. Cette énergie
sert à faire circuler le courant dans le circuit. On peut comparer une batterie à une pompe.
I. Force électromotrice d'un générateur
II. Utilisation d'un voltmètre
Une différence de potentiel (on dit aussi d.d.p) est une tension électrique et se mesure en volt (V). Pour
mesurer une tension entre deux points on place un voltmètre en dérivation entre ces points.
Noter qu'un voltmètre possède une borne appelée + ou V qui est repérée ici par un carré (comme pour
l'ampèremètre, ne pas la confondre avec le + d'un générateur). L'autre borne est noire et est notée COM.
1- Simulation:
Placer un voltmètre aux bornes d'une batterie de force électromotrice 5V qui débite dans une lampe
témoin de telle façon que sa borne + soit dirigée vers le + de la batterie.
Questions:
a- Lire la valeur de la d.d.p au voltmètre et donner l'intensité du courant débitée par la batterie.
b- Supprimer la lampe. Que valent la d.d.p et l'intensité du courant ? Qu'a-t-on vérifié à l'aide de ces
deux expériences?
c- Remplacer le voltmètre par un autre dont le + est relié au moins de la batterie et lire la valeur indiquée
par l'appareil.
d- Si on appelle V+ le potentiel de la borne + de la batterie et V- le potentiel de l'autre borne dire ce que
mesure le voltmètre dans chaque cas.
d.d.p premier voltmètre =
d.d.p voltmètre inversé =
Remarque: bien noter que les potentiels V+ et V- sont inconnus et resteront toujours inconnus, seule la
d.d.p (V+-V-) ou (V--V+) est accessible à l'aide du voltmètre: c'est la tension électrique.
2- Manipulation:
Construire sur platine le montage précédent et reprendre les mêmes mesures.
Les réponses aux questions a à c sont-elles modifiées? Si oui, de quelle manière?
III. Tension dans un circuit série
1- Simulation:
Réaliser le circuit ci-dessous.
D
UCD
C
UBC
A
B
UAB
Pour indiquer une tension entre deux points dans un schéma; on place une flèche entre les points
considérés, la pointe dirigée vers le premier point de la différence de potentiel (UAB = VA–VB pointe en A)
Questions (utiliser le tableau ci-dessous pour répondre):
a- Le circuit est ouvert. Relever les valeurs des tensions UAB=(VA-VB), UBC=(VB-VC), UCD=(VC-VD) aux
bornes de chaque composant et UAD=(VA-VD) la tension totale.
Quelle relation existe-t-il entre la tension totale et les trois autres tensions?
b- Fermer le circuit et mesurer à nouveau ces quatre tensions. La relation est-elle encore vérifiée?
c- Remplacer l'interrupteur par une sonnerie. Mesurer les mêmes grandeurs. La relation est-elle encore
vérifiée?
d- Mettre à 3V la valeur de la force électromotrice de la batterie. Mesurer les mêmes grandeurs. La
relation est-elle encore vérifiée?
UAB
UBC
UCD
UAD
question a
question b
question c
question d
Formuler une conclusion.
2- Manipulation:
Construire sur platine le 1er montage en remplaçant une des lampes par une résistance de 120Ω et
reprendre les mêmes mesures.
La conclusion précédente est-elle toujours vérifiée? Sinon, la corriger.
IV. Tension dans un circuit parallèle
1- Recherche:
A votre avis, pour chacun de ces
montages, que peut-on dire des
tensions indiquées par les
voltmètres lorsque l'on aura fermé
l'interrupteur du circuit?
2- Simulation:
Réalisez les circuits et vérifiez vos
réponses.
3- Manipulation:
Construire sur platine le 1er montage
en remplaçant les composants par
une lampe, une résistance de 120Ω
et une résistance de 220Ω, la fem
du générateur étant fixée à 5V et
vérifier les mesures.
Formuler une conclusion.
V. Additivité des tensions
1- nœuds et branches dans un circuit:
On appelle maille un trajet fermé ne passant pas deux fois par le même nœud.
Ce trajet emprunte des branches et passe par des nœuds.
Un nœud est un "point carrefour" où on a le choix entre plusieurs directions,
Une branche est un tronçon entre deux nœuds.
Le schéma de droite représente le même circuit que celui de gauche. Les valeurs des composants n'ont
pas été reportées mais les composants ont été numérotés de 0 à 9.
G
A
1
B
6
8
7
C
0
9
D
2
F
4
5
3
H
E
Questions:
a- Qu'a-t-on fait pour arriver à ce second schéma ?
b- Sur le schéma de droite dire combien il y a de nœuds et donner leurs noms.
c- Sur le schéma de droite dire combien il y a de branches, décrire chaque branche en indiquant les
numéros des composants qui la constituent entre crochets:[
], ..., [
]
d- Indiquer dans chaque case si les affirmations suivantes sont vraies ou fausses:
1, 2 et 3 sont en série
6 et 7 sont en série
7, 8 et 9 sont en parallèle
0 et 1 sont en parallèle
le groupe série [1,2,3] est en
parallèle avec 0
1 est en série avec 3
4 et 5 sont en parallèle
4 et 8 sont en série
le groupe parallèle [7,8,9] est en série avec 6
le composant 6, le groupe parallèle [7,8,9] et le groupe parallèle
[4,5] sont tous les trois en série
le groupe série [1,2,3] est en série avec 6
le groupe série [1,2,3] est en parallèle avec l'association série
constituée de 6, [7,8,9] et [4,5]
le composant 6 est en série avec l'association parallèle
constituée de 0 et [1,2,3].
6, 7 et 4 sont en série
Construire sur platine le 1er montage et conclure.
2- Loi d'additivité des tensions:
Questions:
Utiliser le 2ème schéma présenté ci-dessus pour répondre aux questions:
a- Sur le schéma placer les flèches permettant d'indiquer les tensions suivantes :
UAE=(VA-VE), UAC=(VA-VC), UCF=(VC-VF), UFE=(VF-VE), UDE=(VD-VE), UAB=(VA-VB), UBD=(VB-VD),ainsi que
UBE=(VB-VE) et UAD=(VA-VD).
b- Quelle est la relation entre UAD et UBD, UAB?
c- Quelle est la relation entre UBE et UDE, UBD? Justifier.
d- Quelle est la relation reliant UAE et UAC, UCF, UFE ?
e- Quelle est la relation entre UAE et UDE, UAB, UBD ?
Pour les deux questions suivantes les branches n'ont pas été représentées.
f- Compléter les relations suivantes.
A
UAD
F
A
G
C
B
C
B
D
UAE
G
D
E
UAD = UAF UFG UGC UCB UBE UED
F
E
UAE = UAC UBC UBD UDG UFG UFE
g- L'affirmation suivante est-elle vraie ?
"Les relations précédentes sont valables quelles que soient la façon dont les points sont connectés entre
eux et quels que soient les composants du circuit."
Conclusion.
3- Loi des mailles:
Choisissons une maille et un sens de parcours; additionnons les tensions rencontrées en parcourant
complètement une maille, en comptant positivement celles dont la flèche est de même sens que le sens
de parcours, et négativement les autres dont on rencontre la flèche «par la pointe».
Pour les 2 exemples précédents, que trouve-t-on?
Formuler la loi des mailles.
A
VI. Exercices
A
B
B
C
C
Flécher la tension UBC. Donner son expression
puis calculer sa valeur. Vous donnerez la loi utilisée.
D
Exprimer puis calculer UCD.
Donner la loi utilisée.
Comment peut-on savoir quelle est l'ampoule qui
supporte la d.d.p la plus élevée en regardant
simplement le circuit ci-contre?
UK
Ug
UH
Après avoir donné leurs expressions, calculer les
d.d.p UH et UI. Vous donnerez la loi utilisée.
UI
UJ