Les circuits électriques en série
Cinquième · Physique-Chimie · L'énergie et ses conversions
L'énergie et ses conversions
Le circuit électrique et ses composants
Pour allumer une lampe, il ne suffit pas de la poser à côté d'une pile : il faut construire un circuit électrique, c'est-à-dire une boucle fermée dans laquelle le courant peut circuler. Voyons de quoi un circuit est fait.
| Composant | Rôle | Symbole (description) |
|---|---|---|
| Générateur (pile) | fournit l'énergie électrique, fait circuler le courant | un trait long (borne +) et un trait court (borne −) |
| Lampe | reçoit l'énergie et éclaire | un cercle avec une croix à l'intérieur |
| Moteur | reçoit l'énergie et tourne | un cercle avec la lettre M |
| Interrupteur | ouvre ou ferme le circuit | un petit trait mobile relié à deux points |
| Fil de connexion | relie les composants | un simple trait |
Circuit ouvert, circuit fermé
Pour que le courant circule et que la lampe brille, le circuit doit être fermé : la boucle est complète, sans interruption. Si le circuit est ouvert (par exemple un interrupteur ouvert, ou un fil débranché), le courant ne circule plus et les récepteurs s'arrêtent.
Conducteurs et isolants
Un matériau est un conducteur s'il laisse passer le courant électrique, et un isolant s'il ne le laisse pas passer. C'est pour cela que les fils sont en métal (conducteur) mais entourés de plastique (isolant) : on peut les tenir sans danger.
| Conducteurs (laissent passer le courant) | Isolants (ne laissent pas passer le courant) |
|---|---|
| les métaux (cuivre, fer, aluminium...) | le plastique |
| le graphite (mine de crayon) | le verre, le bois sec |
| l'eau salée | l'air, le caoutchouc |
L'énergie et ses conversions
Le circuit en série : comportement et courant
Il existe deux grandes façons de brancher plusieurs récepteurs : en série ou en dérivation. Ce chapitre porte sur le montage en série, le plus simple : tous les composants sont branchés les uns à la suite des autres, formant une seule boucle.
Le sens du courant
Par convention, on a choisi un sens pour le courant électrique : à l'extérieur du générateur, le courant circule de la borne + (plus) vers la borne − (moins). C'est le sens conventionnel du courant. Ce sens ne dépend pas de l'ordre des composants.
Le court-circuit
Un court-circuit se produit lorsqu'un fil relie directement les deux bornes d'un composant (ou du générateur) sans passer par un récepteur. Le courant emprunte alors ce chemin très facile. Si on court-circuite une lampe, elle s'éteint. Si on court-circuite le générateur, le courant devient très intense : c'est dangereux (échauffement, risque d'incendie).
Exercices corrigés
Parmi ces matériaux, lequel est un bon conducteur du courant électrique ?
- A.Le plastique
- B.Le bois sec
- C.Le verre
- D.Le cuivreBonne réponse
Réponse : D — Le cuivre
Le cuivre est un métal : c'est un excellent conducteur, d'où son emploi dans les fils électriques. Le plastique, le verre et le bois sec sont au contraire des isolants : ils ne laissent pas passer le courant.
Quel est le sens conventionnel du courant à l'extérieur du générateur ?
- A.De la borne − vers la borne +
- B.Le courant n'a pas de sens
- C.Du récepteur vers l'interrupteur
- D.De la borne + vers la borne −Bonne réponse
Réponse : D — De la borne + vers la borne −
Par convention, à l'extérieur du générateur, le courant circule de la borne + vers la borne −. Ce choix a été fait historiquement et sert de référence. Retiens bien le sens : de + vers − dans le circuit.
On veut savoir si un objet est conducteur. On le place dans un circuit en série avec une pile et une lampe. La lampe reste éteinte. Que peut-on conclure ?
- A.L'objet est un conducteur
- B.La pile est déchargée forcément
- C.L'objet est un isolantBonne réponse
- D.L'objet est un générateur
Réponse : C — L'objet est un isolant
Si l'objet laissait passer le courant (conducteur), la boucle serait fermée et la lampe brillerait. Comme elle reste éteinte, c'est que l'objet empêche le courant de passer : c'est un isolant. C'est le principe du test de conductivité.
Un circuit en série contient une pile, un interrupteur et deux lampes L1 et L2. L'interrupteur est fermé et les deux lampes brillent faiblement. On dévisse L1. Que deviennent L2 et l'intérêt de l'interrupteur ?
- A.L2 brille plus fort, l'interrupteur ne sert plus
- B.Les deux lampes brillent plus fort
- C.L2 reste identique, seule L1 est concernée
- D.L2 s'éteint, car la boucle unique est coupéeBonne réponse
Réponse : D — L2 s'éteint, car la boucle unique est coupée
Il n'y a qu'une seule boucle en série. Dévisser L1 coupe cette boucle, exactement comme ouvrir un interrupteur : le courant ne circule plus, donc L2 s'éteint aussi. Peu importe que l'interrupteur soit fermé, la coupure au niveau de L1 suffit à tout éteindre.
Dans un circuit en série, les composants sont...
- A.branchés les uns à la suite des autres sur une seule boucleBonne réponse
- B.branchés sur plusieurs boucles séparées
- C.posés côte à côte sans être reliés
- D.toujours au nombre de deux exactement
Réponse : A — branchés les uns à la suite des autres sur une seule boucle
Un circuit en série ne comporte qu'une seule boucle : les composants sont placés les uns à la suite des autres, et le courant n'a qu'un seul chemin. Plusieurs boucles séparées correspondraient à un montage en dérivation.
Quel composant fournit l'énergie électrique dans un circuit ?
- A.Le générateur (la pile)Bonne réponse
- B.La lampe
- C.L'interrupteur
- D.Le fil de connexion
Réponse : A — Le générateur (la pile)
Le générateur (comme une pile) fournit l'énergie électrique et fait circuler le courant. La lampe et le moteur sont des récepteurs : ils reçoivent l'énergie. L'interrupteur ouvre ou ferme le circuit, et le fil relie les composants.
Dans un circuit série avec une lampe, que se passe-t-il si on ouvre l'interrupteur ?
- A.La lampe brille plus fort
- B.La lampe brille normalement
- C.La lampe s'éteintBonne réponse
- D.La lampe grille
Réponse : C — La lampe s'éteint
Ouvrir l'interrupteur ouvre le circuit : la boucle est interrompue, le courant ne circule plus, donc la lampe s'éteint. Pour qu'une lampe brille, le circuit doit être fermé.
Pour qu'une lampe brille, le circuit doit être...
- A.ouvert
- B.ferméBonne réponse
- C.court-circuité
- D.sans générateur
Réponse : B — fermé
Le circuit doit être fermé : la boucle est complète et le courant peut circuler jusqu'à la lampe. Un circuit ouvert coupe le courant. Et sans générateur, il n'y a aucune énergie pour faire briller la lampe.
Lequel de ces composants est un récepteur ?
- A.La pile
- B.Le générateur
- C.Le moteurBonne réponse
- D.Le fil de connexion
Réponse : C — Le moteur
Le moteur est un récepteur : il reçoit l'énergie électrique et la transforme (ici en mouvement). La pile et le générateur, eux, fournissent l'énergie. Le fil sert seulement à relier les composants.
On a une lampe branchée en série avec une pile. On ajoute une deuxième lampe identique en série. Que se passe-t-il ?
- A.Les deux lampes brillent moins fortBonne réponse
- B.Les deux lampes brillent plus fort
- C.Seule la première lampe brille
- D.Rien ne change
Réponse : A — Les deux lampes brillent moins fort
En série, ajouter une lampe fait briller toutes les lampes moins fort : l'énergie du générateur est partagée entre davantage de récepteurs sur la même boucle. Elles brillent donc plus faiblement qu'avec une seule lampe.
Deux lampes sont branchées en série. On dévisse l'une des deux. Que devient l'autre lampe ?
- A.Elle brille plus fort
- B.Elle continue de briller normalement
- C.Elle s'éteintBonne réponse
- D.Elle grille
Réponse : C — Elle s'éteint
En série, il n'y a qu'une seule boucle. Dévisser une lampe interrompt cette boucle : le courant ne circule plus du tout, donc l'autre lampe s'éteint aussi. C'est une caractéristique clé du montage en série.
Parmi ces matériaux, lequel est un isolant ?
- A.Le fer
- B.Le graphite (mine de crayon)
- C.L'eau salée
- D.Le plastiqueBonne réponse
Réponse : D — Le plastique
Le plastique est un isolant : il ne laisse pas passer le courant, c'est pourquoi il entoure les fils. Le fer (un métal), le graphite et l'eau salée sont au contraire des conducteurs. Attention : le graphite et l'eau salée conduisent le courant sans être des métaux.
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