Rappels électricité cinquième

Rappels électricité cinquième
I) Dipôles :
a) Borne :
Un composant électrique ne peut fonctionner que s’il est parcouru par un
courant électrique. Il doit donc laisser entrer le courant électrique et le laisser
sortir.
Définition :
On appelle borne la partie d’un composant électrique qui peut laisser entrer
ou sortir le courant électrique.
Remarque :
Les bornes permettent aussi de réaliser des connexions, c’est à dire de relier
un composant électrique à un autre composant électrique.
b) Le dipôle :
Définition :
On appelle dipôle un composant électrique simple qui possède une seule
borne d’entrée et une seule borne de sortie.
Exemples :
Les piles, les lampes, les interrupteurs … sont des dipôles.
II) Les dipôles utilisés au collège :
a) La pile :
Dans un circuit, la pile a pour rôle de produire un courant électrique.
Il existe diverses sortes de piles : piles rondes, piles plates, piles
boutons…
Cependant toutes les piles possèdent deux bornes :
• Une borne positive repérée par le symbole +.
• Une borne négative repérée par le symbole –.
Les piles font partie d’une famille de dipôles appelés générateurs.
Définition :
Un générateur est dipôle ou un appareil capable de produire et de
faire circuler un courant électrique dans un circuit électrique.
Exemples :
Les batteries, les dynamos, les panneaux solaires, on peut également
considérer qu’une prise de secteur peut jouer le rôle d’un générateur.
Par opposition aux générateurs, on considère que tous les autres
dipôles sont des récepteurs.
Définition :
Un récepteur est un dipôle ou un appareil qui reçoit du courant
électrique.
Exemples :
Les lampes, les interrupteurs, les moteurs sont des récepteurs.
b) La lampe :
On utilise au collège des lampes à incandescence.
Les lampes sont des dipôles dont les deux bornes sont le plot et le culot.
Elles produisent de la lumière grâce à leur filament constitué d’un métal
(le tungstène) qui s’échauffe au passage du courant jusqu’à devenir
incandescent.
Pour assurer le passage du courant électrique à travers la lampe, l’une
des extrémités du filament est reliée par une tige métallique au culot
tandis que l’autre est reliée au plot.
Schéma d’une lampe:
c) L’interrupteur :
L’interrupteur permet de commander le fonctionnement d’un circuit
(fermeture ou ouverture).
Au collège on utilise des interrupteurs simples à bascule ou à bouton
poussoir mais il existe de nombreux autres modèles plus ou moins
complexes (magnétiques, électroniques, etc).
d) Matériel pour réaliser une connexion :
Réaliser une connexion consiste à relier un dipôle à un autre dipôle
afin que le courant puisse circuler entre eux.
Dans un appareil électrique les dipôles sont reliés entre eux à l’aide
de fils électriques.
Au collège, afin de faciliter la réalisation des circuits on utilise des fils
de connexion dont les extrémités sont dotées de fiches bananes.
Elles sont conçues pour s’enfoncer dans les douilles bananes qui
constituent les bornes des dipôles utilisés.
III) Schématisation d’un circuit électrique :
a) Les symboles normalisés :
Chaque dipôle peut être représenté par un symbole normalisé
international ( valable dans tous les pays). Les symboles normalisés à
connaître sont les suivants :
Symbole normalisé de la lampe.
Symbole normalisé du fil de connexion.
Symbole normalisé d’un interrupteur ouvert.
Symbole normalisé d’un interrupteur fermé.
Symbole normalisé d’un générateur.
Symbole normalisé d’une pile.
Symbole normalisé d’un moteur.
Symbole normalisé d’une résistance.
Symbole normalisé d’une diode ( dipôle ne laissant
passer le courant que dans un seul sens, celui
indiqué par la flèche ).
Symbole normalisé d’une DEL ( Diode Electro
Luminescente ).
b) Les schémas normalisés :
Les schémas normalisés sont réalisés en utilisant les symboles
normalisés et en suivant les règles suivantes :
1) Le schéma est tracé à la règle et au crayon à papier. On commence
toujours par tracer sa forme générale qui est un rectangle.
2) Les symboles normalisés des différents dipôles sont placés, de
préférence, au milieu de chaque côté.
3) L’ordre dans lequel se suivent les différents symboles correspond à
l’ordre de branchement des dipôles dans le circuit.
Exemple :
On souhaite réaliser la schématisation du circuit suivant :
En appliquant les règles précédentes, on obtient le schéma suivant :
On vérifie enfin que la borne + de la pile est bien reliée à l’ampoule
et la borne – est reliée à l’interrupteur comme sur le montage.
Remarque :
Tant que l’ordre de branchement est respecté, on peut placer les
symboles sur n’importe quel côté du rectangle.
IV) Le sens du courant électrique :
a) Le sens conventionnel du courant électrique :
A l’extérieur d’un générateur, le courant électrique circule de la borne
positive vers la borne négative.
Le sens du courant peut être indiqué en tout point d’un circuit en plaçant
sur l’un des côtés du schéma normalisé une flèche de couleur rouge.
b) Influence du sens du courant sur les récepteurs :
Certains récepteurs ont un fonctionnement différent si le sens
du courant électrique qui les parcourt est inversé: ces récepteurs sont
alors dit polarisés.
Par exemple les moteurs sont des dipôles polarisés : si l’on inverse le
sens du courant ils se mettent à tourner dans le sens opposé.
Dans le cas contraire on parle de dipôles non polarisés.
Les fils de connexion, les lampes, les interrupteurs ne sont pas polarisés
et on peut donc les brancher dans n’importe quel sens dans un circuit.
Remarque :
Le sens du courant qui traverse un dipôle peut être inversé soit en
inversant de branchement du générateur soit en inversant le sens de
branchement du dipôle.
V) Circuit électrique en série :
a) Définition :
Lorsque des dipôles sont reliés les uns à la suite des autres on dit qu’ils
sont branchés en série.
Exemple :
La lampe, la résistance et le moteur sont branchés en série.
Si tous les dipôles sont branchés en série dans un circuit on dit qu’il est
en série.
Un circuit en série est aussi appelé circuit en boucle simple puisque les
dipôles forment une boucle et que le courant y circule également en
décrivant une boucle :
Exemple :
b) Quelques caractéristiques du fonctionnement d’un circuit en série :
Influence de l’ordre des dipôles
Dans un circuit en série, lorsqu’on modifie l’ordre de branchement
des dipôles on ne modifie pas le fonctionnement de ces derniers.
Par exemple, dans un circuit en série si l’on permute deux lampes
différentes alors chacune de ces lampes conserve son éclat.
Influence du nombre de récepteurs
Si l’on ajoute une deuxième lampe dans un circuit comportant une
lampe et une pile alors l’éclat diminue.
L’éclat diminue encore plus si l’on ajoute une troisième.
Le résultat obtenu serait le même en ajoutant un moteur ou
une résistance au lieu d’une lampe.
Plus un circuit en série comporte de récepteurs plus l’éclat de ses
lampes s’affaiblit.
Lampe grillée ou dévissée
Si une lampe grille ou est dévissée dans un circuit en série
comportant plusieurs lampes alors toutes les lampes cessent de briller :
dans les deux cas le circuit est ouvert et le courant électrique ne peut
plus circuler.
Conclusion :
Dans un circuit en série si une lampe est grillée ou dévissée les autres
récepteurs ne fonctionnent plus.
c) Court-circuit dans un circuit en série :
Définition :
Un dipôle est court-circuité si ses deux bornes sont reliées ensembles
par un fil de connexion.
Exemple :
Lorsque le fil de court-circuit est ajouté:
• L2 s’éteint
• L’éclat de L1 et L3 devient plus fort.
Interprétation :
Le courant ne traverse plus la lampe L2 mais passe par le fil de courtcircuit.
Le nombre de récepteurs en fonctionnement diminue donc l’éclat des
lampes augmente.
Conclusion :
Dans un circuit en série un récepteur court-circuité ne fonctionne plus
et les lampes du circuit possèdent un éclat plus fort : elles risquent de
griller.
VI) Circuit électrique en dérivation :
a) Définition :
Si les deux bornes d’un dipôle sont reliées directement aux deux bornes
d’un autre dipôle, on dit qu’ils sont branchés en dérivation.
Exemple :
Le moteur et la lampe sont branchés en dérivation.
Le moteur et la résistance sont aussi branchés en dérivation.
Si tous les dipôles sont branchés en dérivation dans un circuit on dit qu’il
est en dérivation. Ce type de circuit comporte au moins deux boucles de
courant.
Exemple :
b) Quelques caractéristiques du fonctionnement d’un circuit en dérivation:
Influence du nombre de récepteurs
On réalise d’abord un circuit en dérivation avec une pile et deux lampes
puis on ajoute une troisième lampe en dérivation :
L’éclat des lampes L1 et L2 reste le même malgré l’ajout d’une troisième
lampe.
Dans un circuit en dérivation l’éclat d’une lampe reste le même quel que
soit le nombre de récepteurs dans le circuit.
Lampe grillée ou dévissée
On réalise le circuit en dérivation suivant afin d’observer ce qu’il se passe
lorsqu’on dévisse une lampe :
Observation:
Si l’une des lampes est dévissée, les autres lampes continuent de briller
de la même manière. On obtient le même résultat si une lampe grille.
Interprétation:
Si une lampe est dévissée, les autres continuent de briller car elles sont
dans des boucles qui restent fermée.
Conclusion:
Dans un circuit en dérivation, si une lampe est grillée ou dévissée les
autres récepteurs continuent de fonctionner de manière indépendante.
c) Court-circuit dans un circuit en dérivation :
Exemple :
Lorsque la lampe L3 est court-circuitée on peut observer que toutes les
lampes s’éteignent.
Interprétation :
Ce circuit est en dérivation donc les deux bornes de
chaque dipôle sont reliée aux deux bornes d’un autre dipôle. Comme le
courant prend le « chemin le plus facile », le fil de court-circuit permet
donc au courant électrique de contourner les lampes L1, L2 et L3. Le
courant circule ainsi d’une borne à l’autre de la pile en passant
uniquement par des fils de connexion.
Conclusion :
Dans un circuit en dérivation si l’un des dipôles est en court-circuit
tous les récepteurs sont court-circuités et cessent de fonctionner.
Le générateur est aussi en court-circuit et le courant qu’il produit
devient très intense puisque qu’il n’y a aucun récepteur pour le recevoir.
Ce courant provoque un échauffement des fils de connexion qui risque
de prendre feu et de provoquer un incendie.