chapitre 2 : lois des tensions et des intensites
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Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités CHAPITRE 2 : LOIS DES TENSIONS ET DES INTENSITES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Quelle est la définition d’un nœud ? Quelle est la définition d’une branche ? Quelle est la définition d’une branche principale ? Quelle est la définition d’une branche dérivée ? Que peut-on dire de la tension des dipôles en parallèle ? Que peut-on dire de la tension des dipôles en série ? Que peut-on dire de la tension lorsque l’on modifie l’ordre des dipôles ? Que peut-on dire de l’intensité dans une boucle ? Que peut-on dire de l’intensité quand on modifie l’ordre des dipôles d’une boucle ? 10. Que peut-on dire de l’intensité dans un circuit en dérivation ? 11. Qu’est-ce que la tension nominale ? 12. Que se passe-t-il si on alimente un dipôle au dessus de la tension nominale 13. Que se passe-t-il si on alimente un dipôle en dessous de la tension nominale 10/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités A) Dérivation ou série 1) Nœuds et branches Définitions : dans un circuit en dérivation, on appelle : • Nœuds, les points d’où partent au moins 3 fils • Branche : les portions de circuit entre deux nœuds. • Branche principale : la branche où se trouve le générateur. • Branche dérivée : les autres branches. Exercice : Indiquez les nœuds (×) sur chaque schéma Repasser la branche principale en rouge Repasser chaque branche d’une couleur différente b) + a) - c) + G + - d) e) f) + - G M G G G M - + M M + G Exercice 1 : Noeud branche Exercice 2 : Noeud branche 11/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités 2) Tension et intensité en série et en dérivation 3) Calcul des tensions et des intensités A retenir : 12/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités M VM + VG - G VL VD VR • • La tension aux bornes de deux appareils branchés en dérivation est la même : UG=UL En série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres appareils. UG=UM+UD+UR UL = 3,21 V ; UM = 1,24 V ; UD = 370 mV 1. Calculer UG Le générateur et la lampe sont en dérivation donc la tension entre leurs bornes est la même : UG = UL = 3,21 V La tension aux bornes du générateur est de 3,21 V 2. Calculer UR Le moteur, la diode et la résistance sont en série avec le générateur donc la sonne des tensions entre leurs bornes est égale à la somme des tensions aux bornes du générateur : UG = UM + UD + UR Donc UR = UG - UM - UD kV hV daV V dV cV mV 0, 3 7 0 UD = 370 mV = 0,37 A Donc UR = 3,21 – 1,24 – 0,37 La tension aux bornes de la résistance est de 1,6 V Exercice 4 : intensité série Livre 12 p 126 Exercice 5 : intensité série dérivation Exercice 6 : intensité dérivation Livre 10 p 138 A retenir : 13/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités I1 I2 M I3 Ia Ib I6 + G I5 • • I4 Dans une branche l’intensité est la même partout : I1 = I2 = I3 = I4 = I5 = I6 La somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme de celles qui partent : I3 = Ia + Ib Remarque : l’intensité mesure la quantité d’électricité qui s’écoule par seconde • Dans une branche, il n’y a pas de fuite d’électricité : on conserve la même quantité en tout point de cette branche. • A un nœud, cette électricité se répartie sans fuite d’électricité : la quantité totale qui arrive est égale à la quantité totale qui ressort. Exemple : I1 = 3,21 A ; Ib = 370 mA 1. Calculer I3 Dans une branche, l’intensité est partout la même : I1 = I3 = 3,21 A L’intensité I3 est de 3,21 A 2. Calculer Ia La somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme de celles qui partent : I3 = Ia + Ib Ia = I3 - Ib kA hA daA A dA cA mA 0, 3 7 0 Ib = 370 mA = 0,37 A Donc I3 = 3,21 – 0,37 = 2,84 L’intensité Ia est de 2,84 V Exercice 3 : intensité tension série dérivation Exercice 7 : tension série dérivation Livre 4 p 137 Exercice 8 : tension série Exercice 9 : intensité tension série dérivation BILAN INTENSITE TENSION 14/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités Série Dérivation IG IG + + G UG UR G UG - UR UL - IR IR IL IL UL Intensité Tension IG=IR=IL UG=UR+UL IG=IR+IL UG=UR=UL Remarque sur les interrupteurs Exercice 10 : interrupteur Exercice 11 : interrupteur Livre 10 p 114 Exercice 12 : interrupteur B) Ordre des appareils Rappel : l’ordre des appareils ne modifie pas leur fonctionnement Expérience : On place deux lampes en série, une lampe brille plus que l’autre. On intervertit les deux lampes. + G V - A I= + U= Lampe 1 - G A I= U= V Lampe 2 Lampe 2 Lampe 1 Observation : C’est toujours la même lampe qui brille le plus. Conclusion : La brillance des lampes ne dépend pas de leur place. A retenir : • l’ordre des appareils ne change pas l’intensité du circuit. • l’ordre des appareils ne change pas la tension aux bornes de ces appareils. Exercice 13 : ordre Exercice 14 : ordre Livre 17 p 127 Exercice 15 : ordre C) Fonctionnement optimal des dipôles A retenir : Sur les appareils électriques, on peut lire des valeurs de tension et d’intensité. Ce sont les valeurs nominales de l’appareil. - Un appareil alimenté avec une tension égale à sa tension nominale est parcourue par une intensité égale à sa tension nominale (en inversement) 15/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités - La tension nominale d’un appareil est la tension avec laquelle il faut l’alimenter pour un fonctionnement optimal. Si on l’alimente avec une tension plus faible (on parle de sous-tension), l’appareil fonctionne moins bien. Si on l’alimente avec une tension plus forte (on parle de surtension), l’appareil risque de tomber en panne plus rapidement. Evaluation : Intensité et tension pour des appareils en dérivation et en série. Nœud et branche Influence de l’ordre des appareils sur la tension et l'intensité Tension nominale, effet d’une surtension et d’une sous-tension 16/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités Bilan : 322 15 Notion de branche. 322 16 Notion de nœud. 322 26 L'intensité du courant est la même en tout point d'un circuit en série. 322 27 Loi d'additivité de l'intensité dans un circuit comportant une dérivation. 132 28 Questionner à propos de la loi d'additivité de l'intensité. 132 29 Identifier un problème à propos de la loi d'additivité de l'intensité. 131 30 Formuler une hypothèse à propos de la loi d'additivité de l'intensité. 121 31 Mettre en oeuvre un protocole expérimental à propos de la loi d'additivité de l'intensité. 122 32 Mesurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (lire une mesure). 122 33 Mesurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (estimer la précision d'une mesure). 122 34 Mesurer une intensité à propos de la loi d'additivité de l'intensité (optimiser les conditions de mesure). 322 35 La tension est la même aux bornes de deux dipôles en dérivation. 322 36 Loi d'additivité des tensions dans un circuit série. 132 37 Questionner à propos de la loi d'additivité des tensions. 132 38 Identifier un problème à propos de la loi d'additivité des tensions. 131 39 Formuler une hypothèse à propos de la loi d'additivité des tensions. 121 40 Mettre en oeuvre un protocole expérimental à propos de la loi d'additivité des tensions. 122 41 Mesurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (lire une mesure). 122 42 Mesurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (estimer la précision d'une mesure). 122 43 Mesurer une tension à propos de la loi d'additivité des tensions (optimiser les conditions de mesure). 322 45 La tension aux bornes de chaque dipôle d'un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles. 322 44 L'intensité du courant dans un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles. 132 46 Questionner à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité. 132 47 Identifier un problème à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité. 131 48 Formuler une hypothèse à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité. 134 49 Confronter le résultat au résultat attendu à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité. 122 50 Mesurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (lire une mesure). 122 51 Mesurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (estimer la précision d'une mesure). 122 52 Mesurer une intensité à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité (optimiser les conditions de mesure). 134 53 Mettre en oeuvre un raisonnement (influence de l'ordre des dipôles sur l'intensité) 132 54 Questionner à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension. 17/29 Electricité Quatrième - 2015/2016 Chapitre 4.2 : Lois des tensions et des intensités 132 55 Identifier un problème à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension. 131 56 Formuler une hypothèse à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension. 134 57 Confronter le résultat au résultat attendu à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension. 122 58 Mesurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (lire une mesure). 122 59 Mesurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (estimer la précision d'une mesure). 134 61 Mettre en œuvre un raisonnement (influence de l'ordre des dipôles sur la tension) 122 60 Mesurer une tension à propos de l'influence de l'ordre des dipôles sur la tension (optimiser les conditions de mesure). 322 62 Pour fonctionner normalement une lampe doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale. 322 63 Pour fonctionner normalement un moteur doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale. 322 64 Surtension 322 65 Sous-tension. 111 66 Observer, recenser des informations : valeurs nominales. 121 67 Mettre en oeuvre un raisonnement pour choisir une lampe adaptée au générateur. 121 68 Mettre en oeuvre une méthode pour choisir une lampe adaptée au générateur. 121 69 Mettre en oeuvre un protocole expérimental pour choisir une lampe adaptée au générateur. Série Dérivation Série Dérivation Dans ce montage A1 indique 0,18 A et A3 indique 0,28 A. a. Quelle est la valeur affichée sur l’ampèremètre A2 ? Justifie ta réponse. K ouvert K fermé U(G) 4,5 V 4,5 V U(L1) Seul K1 est fermé Seul K2 est fermé Seul K3 est fermé K1 et K2 sont fermés U(L2) U(L3) 100 mA 200 mA 150 mA 300 mA a. Sur la figure 1, le voltmètre V1 donne le résultat de la mesure : U1 = 4,5 V Quelle est la tension U2 mesurée par V2 ? Justifie ta réponse. Quelle est la tension U3 mesurée par V3 ? Justifie ta réponse. Les lampes de cette guirlande sont reliés à un générateur de 12 V. Une des lampes est grillée et les autres brillent toujours autant. 1. Comment sont branchées ces lampes 2. Quelle est la tension entre les bornes des lampes après destruction de la première ? Justifie ta réponse. 3. D’après la question 2. quand on ajoute ou on retire des dipôles en dérivation, comment varie la tension entre les bornes des autres dipôles. U(L4) 0,9 V U(G) 6V 6V I 0,75 A U(L1) 1,5 V U(L2) I1 I2 0,30 A 0,10 A b. Sur la figure 2, on peut lire sur l’écran du voltmètre V1 : 4,6 V. Le voltmètre V3 indique 2,4V Quelle est la valeur de la mesure sur V2 ? Justifie ta réponse. Dans le circuit cidessous, la tension entre les bornes du générateur est de 7,5 V. La tension entre les bornes de L1 est de 5,5 V 1. La tension entre les bornes de L2 est : 2,5 V ; 1,5 V ; 2 V ou 0 V ? 2. La tension entre les bornes de l’interrupteur est : 0 V ; 1 V ou 2 V ? L’ampèremètre indique 120 mA. Choisis la bonne proposition. Si elle permute la lampe et le moteur, l’intensité du courant est supérieure / égale / inférieure à 120 mA On dispose des lampes suivantes : L1 (1,5 V - 100 mA) ; L2 (2,5 V - 80 mA) ; L3 (3,5 V - 100 mA) ; L4 (4 V - 60 mA) ; L5 (6 V - 150 mA) ; L6 (12 V - 100 mA). 1. Quelles lampes, parmi celles représentées cidessus, peuvent être branchées seules sur une pile plate de 4,5 V sans risques ? 2. Quelles lampes ainsi branchées vont briller normalement ? 18/29
