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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.

ComposantRôleSymbole (description)
Générateur (pile)fournit l'énergie électrique, fait circuler le courantun trait long (borne +) et un trait court (borne −)
Lampereçoit l'énergie et éclaireun cercle avec une croix à l'intérieur
Moteurreçoit l'énergie et tourneun cercle avec la lettre M
Interrupteurouvre ou ferme le circuitun petit trait mobile relié à deux points
Fil de connexionrelie les composantsun 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 saléel'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

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. 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.

  12. 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.

S'entraîner sur ce chapitre

Ce chapitre compte 35 exercices corrigés dans l'application, avec le suivi de ta progression.

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