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Le circuit électrique en courant continu

De nos jours, l'électricité est indispensable pour vivre confortablement. Que ce soit pour le chauffage, pour faire cuire les aliments ou pour les divertissements (musique, télévision, téléphone portable, console de jeux), la plupart de nos activités quotidiennes nécessites d'utiliser l'énergie électrique.
Mais comment l'électricité arrive-t-elle jusqu'à nos appareils électriques pour les alimenter et les faire fonctionner ?
Quelles sont les grandeurs fondamentales utilisées en électricité ?
Dans ce cours, vous découvrirez la notion des porteurs de charges à la base de l'alimentation des appareils électriques.
Vous apprendrez la différence entre les grandeurs électriques de tension et d'intensité et les appareils utilisés pour les mesurer.
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• 1. Définitions
• 2. L'atome et les électrons
• 3. Le courant électrique (intensité)
• 4. La tension ou différence de potentiel
• 5. Les mesures sur les appareils analogiques
• 6. Les différents montages électriques
• 7. Exercices sur les circuits électriques en courant continu
• 8. Questionnaire de validation des connaissances

1. Définitions :

Un circuit électrique comprend en général un générateur, un appareil de commande, un récepteur, le tout relié par des conducteurs.

          1.1. Un générateur :

Il délivre le courant au circuit électrique.

          1.2. Un récepteur :

Il transforme l'énergie électrique en une autre énergie.
La lampe transforme l'électricité en lumière, le convecteur ou radiateur électrique transforme l'électricité en chaleur ... .

          1.3. Un appareil de commande :

Il ouvre ou ferme le circuit électrique, c'est à dire qu'il laisse ou non passer le courant dans le circuit pour alimenter le récepteur.
L'interrupteur ou le bouton poussoir sont 2 exemples d'appareil de commande.

          1.4. Un conducteur (appellation courante : un fil) :

Il permet au courant de circuler dans le montage, du générateur (alimentation) vers le récepteur.

2. L'atome et les électrons :

Dans la matière, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse on trouve des atomes.

Un atome est composé :
    - d'électrons (chargés négativement)
    - d'un noyau composé de Neutrons (neutre) et de Protons (chargés positivement).

Les électrons gravitent autour du noyau (voir l'animation).



Lorsque les électrons peuvent se déplacer librement dans un matériau, celui-ci est un conducteur car il permet la circulation des charges électriques.

Si par contre les électrons ne peuvent pas se déplacer le matériau est dit isolant.
Un corps qui perd un électron libre devient alors une charge électrique positive.
Un corps qui récupère un électron libre devient une charge électrique négative.
Pour comprendre le fonctionnement d'un circuit électrique, il faut regarder à l'intérieur du conducteur en cuivre. Fermons l'interrupteur et regardons ce qu'il se passe à l'intérieur de ce conducteur.

Lorsque l'interrupteur est fermé, on observe la circulation d'une intensité du courant électrique dans le conducteur, allant de la borne (+) du générateur vers la borne (-) du générateur. Cette grandeur physique représente le déplacement des porteurs de charges dans la matière conductrice, ils sont appelés les électrons et sont chargés négativement.

Si on accumule d'un côté des charges électriques positives et de l'autre des charges négatives, il existe alors entre les deux une différence de potentiel (tension).

3. Le courant électrique (intensité) :

L'intensité du courant électrique se note I et s'exprime en Ampère (A).
Le courant électrique traversant un conducteur, est la conséquence du déplacement des électrons (charges négatives) dans la matière.

Les électrons se déplacent de la borne (-) vers la borne (+).

Alors que par convention dans un circuit électrique, le courant va de la borne positive (+) du générateur (G) vers la borne négative (-).


On mesure le courant avec :
    - une pince ampèremétrique entourant le conducteur à mesurer (simplicité de la mesure).
    - un ampèremètre inséré dans le circuit (en série - obligation d'ouvrir le circuit).


Exemple d'utilisation d'une pince ampèremétrique pour mesurer le courant circulant dans une lampe :

4. La tension ou différence de potentiel :

La tension, appellé aussi différence de potentiel (DDP) se note U et s'exprime en Volt (V).
Quand un courant électrique traverse un matériau, cela crée une tension ou différence de potentiel qui se note :


On mesure la tension avec un voltmètre placé en dérivation (parallèle).


Exemple de raccordement d'un multimètre sur la position voltmètre pour mesurer la tension d'une lampe :

5. Les mesures sur les appareils analogiques :

Un voltmètre analogique ou un ampèremètre analogique permettent de lire une grandeur à partir de l'indication donnée par l'aiguille.
Ce qu'indique l'aiguille correspond à la lecture, le calibre correspond à la position du curseur de réglage enfin l'échelle est le maximum de la graduation.
Pour mesurer une grandeur il faut donc faire :
Mesure = Lecture X Calibre / Echelle Il est possible de déplacer l'aiguille (lecture) et le curseur (calibre) afin de proposer les mesures que vous souhaitez proposer.

6. Les différents montages électriques :

          6.1. Montage en série :

Si les appareils sont placés les uns à la suite des autres, on dit qu'ils sont en séries.
Les appareils placés en série sont traversés par le même courant.

          6.2. Montage en dérivation (parallèle) :

Si les appareils sont placés en dérivations ou parallèles la tension à leurs bornes est identique.

7. Exercices sur les circuits électriques en courant continu :

Pour voir si vous avez bien assimilé les notions du cours, vous trouverez ci-dessous plusieurs exercices ou questions à choix multiples.
La correction des différentes questions sont accessibles en cliquant sur ce lien :
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  7.1. Exercice n°1 :

Soit le schéma électrique ci-dessous :
Répondre aux questions ci-après :
     1. Que se passe t’il si l’interrupteur S1 est fermé ?
     2. Que se passe t’il si l’interrupteur S2 est fermé ?
     3. Que se passe t’il si l’interrupteur S1 et S2 sont fermés ?
     4. Quel est la tension aux bornes de L1 et L2 si les interrupteurs S1 et S2 sont ouverts ?
     5. Quel est la tension aux bornes de L1 et L2 si les interrupteurs S1 et S2 sont fermés ?

  7.2. Exercice n°2 :

Cocher la ou les bonnes réponses :
Un matériau conducteur permet le passage du courant électrique.
Quel est l’effet de l’introduction d’un matériau isolant dans le circuit électrique ?

      Il ne produit aucun effet.
      Il empêche la circulation des électrons.
      Il arrête le fonctionnement du récepteur.
      Il détruit les électrons.

  7.3. Exercice n°3 :

Cocher la ou les bonnes réponses :
L’interruption du courant électrique est obtenue soit par l’épuisement énergétique du générateur soit par l'ouverture de l'interrupteur.
Mais que provoque l’interrupteur ouvert ?

      Il introduit une portion isolante dans le circuit.
      Il arrête le fonctionnement du récepteur.
      Il modifie les propriétés conductrices des conducteurs.
      Il isole totalement le générateur du récepteur.

  7.4. Exercice n°4 :

Cocher la ou les bonnes réponses :
Quels sont les conducteurs parmi les réponses suivantes ?

      Fer.
      Terre
      Plastique.
      Eau minérale.
      Carbone.
      Air (sec).
      Caoutchouc.
      Or.
      Bois (sec).
      Verre.
      Tungstène.
      Huile.
      Fibre de verre.
      Argent.
      Porcelaine.
      Aluminium.
      Acier.

  7.5. Exercice n°5 :

Cocher la bonne réponse :
Le corps humain peut-il être traversé par un courant électrique ?

      Oui         Non

  7.6. Exercice n°6 :

Cocher la ou les bonnes réponses :
Comment peut-on écrire l’intensité d’un courant de 100 mA ?

    100 A
    100 x 10^-3 A
    10^-2 A
    10^-1 A
    1 A
    0,1 A
    100 x 10^-2 A
    10 x 10^-2 A

Comment peut-on écrire la tension de 10 mV ?

    10 V
    100 x 10^-3 V
    10^-2 V
    10^-1 V
    1 V
    0,1 V
    0,01 V
    100 x 10^-2 V
    10 x 10^-3 V

  7.7. Exercice n°7 :

Cocher la bonne réponse :
Une pile (non rechargeable) présente deux pôles repérés + et –, elle est en état de marche.
Quelles sont les affirmations exactes ?

      Le pôle + émet des électrons qui vont rejoindre le pôle –.
      Le pôle – émet des électrons qui vont rejoindre le pôle +.
      La pile transforme l’énergie chimique qu’elle contient en énergie électrique.
      La pile emmagasine de l’énergie électrique.

  7.8. Exercice n°8 :

Cocher la bonne réponse :
Que peut-on dire du montage ci-dessous ? Quelles sont les affirmations exactes ?

      Les dipôles L2 et L3 sont en dérivation.
      Les dipôles L1 et L2 sont en série.
      Un électron traverse successivement L1, L2 et L3.
      Un électron circulera par L2 et L1, ou bien par L3.

  7.9. Exercice n°9 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire avoir L1 et L2 en dérivation.

  7.10. Exercice n°10 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire avoir L1 et L2 en série.

  7.11. Exercice n°11 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître la différence de potentiel aux bornes de la pile. Flécher cette tension.

  7.12. Exercice n°12 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître la différence de potentiel aux bornes du récepteur. Flécher cette tension.

  7.13. Exercice n°13 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître l’intensité dans le circuit. Flécher ce courant.

  7.14. Exercice n°14 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître l’intensité dans la lampe L1. Flécher ce courant.

  7.15. Exercice n°15 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître l’intensité dans la lampe L2. Flécher ce courant.

  7.16. Exercice n°16 :

Compléter le schéma afin de respecter la demande :
On désire connaître l’intensité totale fournie par la pile. Flécher ce courant.

8. Questionnaire de validation des connaissances :

Quizz de connaissance sur les circuits en courant continu.