Les circuits électriques en dérivation
Cinquième · Physique-Chimie · L'énergie et ses conversions
L'énergie et ses conversions
Série ou dérivation : deux façons de brancher
Tu connais déjà le circuit en série : tous les dipôles (lampes, moteur, pile...) sont branchés les uns à la suite des autres, sur une seule boucle. Le circuit en dérivation est différent : les dipôles sont placés sur des branches séparées, et le courant a alors plusieurs chemins possibles. C'est ce montage que l'on utilise partout dans les maisons !
Le vocabulaire du circuit en dérivation
Deux mots à bien connaître :
Un nœud est un point de connexion où se rejoignent au moins trois fils : c'est là que le courant se sépare ou se rassemble.
La branche principale est celle qui contient le générateur (la pile). Les autres branches, qui portent chacune un dipôle, sont les branches dérivées.
| Montage en série | Montage en dérivation | |
|---|---|---|
| Nombre de boucles | Une seule boucle | Plusieurs boucles (branches) |
| Chemin du courant | Un seul chemin | Le courant se partage entre les branches |
| Si une lampe grille | Tout s'éteint (le circuit est coupé) | Les autres lampes restent allumées |
| On ajoute une lampe | Toutes les lampes brillent moins | L'éclat des autres ne change quasiment pas |
| Exemple d'usage | Guirlande bon marché | Installation d'une maison |
L'énergie et ses conversions
Éclat, intensité et sécurité
Pourquoi les maisons sont-elles câblées en dérivation ? Parce que ce montage a deux gros avantages : chaque appareil peut être commandé indépendamment, et une panne sur l'un n'éteint pas les autres. Voyons ce qui se passe quand on ajoute des lampes, puis comment le courant se partage.
Ajouter des lampes : série contre dérivation. Ce comportement est un très bon moyen de distinguer les deux montages :
En série, plus on ajoute de lampes, plus elles brillent faiblement (elles se "partagent" l'énergie de la pile).
En dérivation, ajouter une lampe sur une nouvelle branche ne change quasiment pas l'éclat des autres : chaque branche reçoit la lampe "à pleine puissance".
L'intensité se partage : la loi des nœuds
Le courant électrique se caractérise par son intensité, qui se mesure en ampères (symbole A). Dans un circuit en dérivation, l'intensité du courant qui sort du générateur se partage entre les branches, puis se rassemble avant de revenir à la pile.
C'est la loi des nœuds (ou loi d'additivité des intensités) : l'intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités des branches dérivées.
Sécurité : court-circuit, surcharge et fusible
Si l'on relie directement les deux bornes de la pile par un simple fil, on réalise un court-circuit : le courant emprunte ce chemin sans résistance, son intensité devient très grande, le fil chauffe fortement (risque de brûlure ou d'incendie) et la pile se décharge très vite. De même, brancher trop d'appareils en dérivation sur la même prise crée une surcharge : l'intensité totale devient trop importante.
Exercices corrigés
Qu'appelle-t-on un nœud dans un circuit électrique ?
- A.Un point de connexion où se rejoignent au moins trois filsBonne réponse
- B.Un endroit où l'isolant du fil est abîmé ou percé
- C.Un interrupteur qui est resté ouvert par mégarde
- D.Le générateur qui alimente tout le circuit
Réponse : A — Un point de connexion où se rejoignent au moins trois fils
Un nœud est un point du circuit où se rejoignent au moins trois fils : c'est là que le courant se sépare (en entrant dans les branches) ou se rassemble. Rien à voir avec un fil abîmé ou un interrupteur : ce sont les nœuds qui rendent un montage en dérivation possible.
Dans un circuit en dérivation à deux lampes, on dévisse une des deux lampes. Que devient l'autre ?
- A.Elle s'éteint elle aussi
- B.Elle reste allumée normalementBonne réponse
- C.Elle brille deux fois plus fort
- D.Elle grille immédiatement
Réponse : B — Elle reste allumée normalement
Les deux lampes sont sur des branches indépendantes. Quand on en dévisse une, le courant peut toujours circuler par l'autre branche : la seconde lampe reste allumée normalement. C'est justement l'avantage de la dérivation. En série, tout se serait éteint.
Dans un circuit en dérivation, comment appelle-t-on la branche qui contient le générateur ?
- A.La branche secondaire
- B.La branche morte
- C.La branche ouverte
- D.La branche principaleBonne réponse
Réponse : D — La branche principale
La branche qui contient le générateur (la pile) s'appelle la branche principale : c'est elle qui est traversée par tout le courant avant qu'il ne se partage. Les autres branches, qui portent chacune un dipôle, sont les branches dérivées.
Dans un circuit en série, on ajoute une lampe supplémentaire. Que deviennent les lampes déjà présentes ?
- A.Elles gardent exactement le même éclat
- B.Elles brillent moins fortBonne réponse
- C.Elles brillent plus fort
- D.Elles s'éteignent définitivement
Réponse : B — Elles brillent moins fort
En série, toutes les lampes se « partagent » l'énergie fournie par la pile. En ajouter une revient à répartir cette énergie entre plus de lampes : chacune brille donc moins fort. Elles ne s'éteignent pas complètement (le circuit reste fermé), mais leur éclat baisse.
Un fil de connexion relie directement les deux bornes d'une lampe (on dit qu'on la court-circuite). Que se passe-t-il ?
- A.Elle brille plus fort, le fil ajoutant du courant à celui qui la traverse déjà
- B.Rien ne change, le fil et la lampe se partageant le courant à parts égales
- C.Elle s'éteint : le courant passe par le fil et évite la lampeBonne réponse
- D.Le fil empêche tout courant de circuler, y compris dans la lampe
Réponse : C — Elle s'éteint : le courant passe par le fil et évite la lampe
Le fil offre au courant un chemin sans résistance : le courant passe presque entièrement par ce fil et « saute » la lampe, qui n'est donc plus traversée. Résultat : la lampe s'éteint. Court-circuiter une lampe ne la fait jamais briller davantage, contrairement à une idée reçue.
Un générateur débite une intensité de 0,6 A. Ce courant se partage entre deux lampes en dérivation. La première lampe est traversée par 0,25 A. Quelle intensité traverse la seconde lampe ?
- A.0,85 A
- B.0,25 A
- C.0,30 A
- D.0,35 ABonne réponse
Réponse : D — 0,35 A
Loi des nœuds : intensité principale = somme des branches, donc 0,6 = 0,25 + I2. On isole : I2 = 0,6 − 0,25 = 0,35 A. Répondre 0,85 A, c'est additionner au lieu de soustraire ; 0,30 A serait la moitié de 0,6, ce qui n'a aucune raison d'être ici.
Trois lampes identiques sont branchées en dérivation. Chacune est traversée par une intensité de 0,2 A. Quelle est l'intensité du courant dans la branche principale (celle du générateur) ?
- A.0,6 ABonne réponse
- B.0,2 A
- C.0,067 A
- D.0,4 A
Réponse : A — 0,6 A
Loi des nœuds : l'intensité principale est la somme des trois branches : 0,2 + 0,2 + 0,2 = 0,6 A. Répondre 0,2 A oublie que les intensités s'additionnent ; 0,067 A revient à diviser par 3 au lieu de multiplier. Vérification : 3 × 0,2 = 0,6 A.
Un générateur débite 0,9 A, partagés entre trois branches. La branche A reçoit 0,4 A, la branche B reçoit 0,3 A. La lampe de la branche B grille (branche B coupée) ; les deux autres branches gardent la même intensité. Quelle intensité débite alors le générateur ?
- A.0,6 ABonne réponse
- B.0,9 A
- C.0,2 A
- D.0,7 A
Réponse : A — 0,6 A
D'abord, l'intensité de la branche C : 0,9 = 0,4 + 0,3 + I_C, donc I_C = 0,9 − 0,7 = 0,2 A. Quand B est coupée, seules A et C débitent : le générateur fournit 0,4 + 0,2 = 0,6 A. Répondre 0,9 A oublie que couper une branche réduit l'intensité totale ; 0,7 A additionne A et B, alors que B est justement coupée.
Dans un circuit en dérivation, comment sont branchés les dipôles ?
- A.Les uns à la suite des autres, sur une seule boucle
- B.Toujours par deux, jamais plus
- C.Sur des branches différentes, entre deux mêmes pointsBonne réponse
- D.Toujours sans générateur
Réponse : C — Sur des branches différentes, entre deux mêmes points
Dans un circuit en dérivation, chaque dipôle est placé sur sa propre branche, branchée entre les deux mêmes points du circuit. Le courant a alors plusieurs chemins. « Les uns à la suite des autres sur une seule boucle », c'est au contraire la définition du montage en série.
Dans une habitation, comment sont branchés les appareils électriques (lampes, télé, réfrigérateur) ?
- A.En série
- B.En court-circuit permanent
- C.Sans aucun interrupteur
- D.En dérivationBonne réponse
Réponse : D — En dérivation
Les appareils d'une maison sont branchés en dérivation. Ainsi, chacun peut être allumé ou éteint indépendamment, et si l'un tombe en panne, les autres continuent de fonctionner. En série, débrancher un seul appareil couperait toute la maison !
Comment reconnaît-on un circuit en série ?
- A.Il possède plusieurs boucles
- B.Les lampes sont sur des branches séparées
- C.Tous les dipôles sont sur une seule boucle, les uns à la suite des autresBonne réponse
- D.Il ne contient pas de générateur
Réponse : C — Tous les dipôles sont sur une seule boucle, les uns à la suite des autres
Dans un circuit en série, tous les dipôles sont placés sur une seule boucle, à la suite les uns des autres : le courant n'a qu'un seul chemin. « Plusieurs boucles » ou « branches séparées » décrivent au contraire la dérivation. Et tout circuit a besoin d'un générateur pour fonctionner.
Deux lampes brillent en dérivation. On ajoute une troisième lampe sur une nouvelle branche. Que devient l'éclat des deux premières ?
- A.Leur éclat ne change quasiment pasBonne réponse
- B.Elles brillent beaucoup moins
- C.Elles s'éteignent
- D.Elles brillent deux fois plus fort
Réponse : A — Leur éclat ne change quasiment pas
En dérivation, chaque branche fonctionne de façon quasi indépendante : ajouter une lampe sur une nouvelle branche ne modifie quasiment pas l'éclat des autres. Attention à ne pas confondre avec le montage en série, où ajouter une lampe fait au contraire pâlir toutes les autres.
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