4ᵉ · Physique-Chimie · L'énergie : conversions & transferts
L'intensité mesure le débit du courant : combien d'électricité circule chaque seconde dans le circuit. On la note I et elle se mesure en ampères (A) avec un ampèremètre. L'ampèremètre se branche en série dans le circuit, à l'endroit où l'on veut mesurer le courant, en respectant les bornes (le courant entre par la borne A et ressort par la borne COM).
La tension représente la « poussée » électrique entre deux points du circuit. On la note U et elle se mesure en volts (V) avec un voltmètre. Le voltmètre se branche en dérivation, c'est-à-dire aux bornes du composant dont on veut mesurer la tension (par exemple aux bornes d'une lampe).
Dans un circuit en série, l'intensité du courant est la même en tout point. Le courant n'est ni consommé ni accumulé : quelle que soit la position de l'ampèremètre sur la boucle, il indique la même valeur.
Un nœud est un point où le courant se sépare en plusieurs branches. La somme des intensités qui arrivent au nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent :
L'intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités des branches dérivées.
Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque récepteur :
Des composants branchés en dérivation (sur la même paire de points) sont soumis à la même tension : U = U₁ = U₂. C'est pour cela que toutes les lampes d'une maison, branchées en dérivation sous 230 V, reçoivent la même tension.
Avant la théorie, voyons à quoi servent la tension et l'intensité. Quand tu regardes un chargeur de téléphone, tu peux lire dessus « 5 V » et « 2 A » : ce sont justement une tension en volts et une intensité en ampères. La tension, c'est la poussée électrique fournie par la pile ou la prise ; l'intensité, c'est le débit du courant, la quantité d'électricité qui passe chaque seconde.
Ces deux grandeurs expliquent une foule de choses de la vie quotidienne. Pourquoi une pile plate n'allume plus une lampe ? Sa tension est devenue trop faible.
Pourquoi un fil trop fin peut chauffer et déclencher un incendie ? Parce que l'intensité qui le traverse est trop grande. Pourquoi les électriciens installent des disjoncteurs ?
Pour couper le courant si l'intensité dépasse une limite dangereuse. Dans ce chapitre, tu vas apprendre à mesurer la tension avec un voltmètre et l'intensité avec un ampèremètre, et à utiliser des lois très simples pour retrouver une valeur manquante dans un circuit.
Commençons par l'intensité du courant. Imagine le courant électrique comme de l'eau qui circule dans un tuyau : l'intensité, c'est le débit, la quantité d'électricité qui passe chaque seconde. On la note avec la lettre I, comme intensité, et elle se mesure en ampères, dont le symbole est un grand A.
L'appareil qui la mesure s'appelle l'ampèremètre. Point très important : l'ampèremètre se branche toujours en série, c'est-à-dire qu'on l'insère dans le circuit, sur la boucle, comme si c'était un maillon de la chaîne. Le courant doit le traverser.
Il faut aussi respecter les bornes : le courant entre par la borne notée A et ressort par la borne notée COM. Si tu branches à l'envers, l'appareil affiche une valeur négative. Attention à ne jamais brancher un ampèremètre en dérivation directement sur la pile : ce serait un court-circuit.
Passons à la tension. La tension, c'est la poussée électrique entre deux points du circuit ; c'est elle qui met les charges en mouvement. On la note avec la lettre U et elle se mesure en volts, symbole grand V.
L'appareil qui la mesure s'appelle le voltmètre. Et là, attention, le branchement est différent de l'ampèremètre : le voltmètre se branche en dérivation, c'est-à-dire aux bornes du composant. Pour mesurer la tension aux bornes d'une lampe, on place le voltmètre en parallèle sur cette lampe, sans couper le circuit.
On dit que le voltmètre mesure « la tension entre » deux points. Une pile plate a une tension faible, une pile neuve une tension proche de sa valeur écrite dessus, par exemple 4,5 volts ou 9 volts. Retiens la différence essentielle : l'ampèremètre en série, le voltmètre en dérivation.
Voyons maintenant comment l'intensité se comporte selon le montage. Première loi, en série : l'intensité est la même en tout point du circuit. C'est la loi d'unicité de l'intensité.
Le courant n'est ni consommé, ni accumulé nulle part : où que tu places l'ampèremètre sur la boucle, avant ou après une lampe, il affiche la même valeur. Une lampe ne « mange » pas le courant, elle transforme de l'énergie. Deuxième loi, en dérivation, c'est la loi des nœuds.
Un nœud, c'est un point où les fils se séparent. Là, le courant se partage entre les branches. La règle est simple : tout ce qui arrive au nœud doit repartir.
Autrement dit, l'intensité du courant principal est égale à la somme des intensités des branches : I égale I un plus I deux. Si le fil principal transporte 0,6 ampère et qu'une branche prend 0,2 ampère, l'autre branche prend forcément 0,4 ampère.
Terminons avec les deux lois de la tension. En série d'abord : la tension du générateur se partage entre les récepteurs. C'est la loi d'additivité des tensions.
La tension aux bornes de la pile est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque récepteur : U égale U un plus U deux. Par exemple, si une pile de 6 volts alimente deux lampes en série et que la première reçoit 2 volts, la seconde reçoit forcément 4 volts. En dérivation ensuite : c'est l'inverse, les composants branchés sur les mêmes deux points ont tous la même tension.
On dit que la tension est la même dans chaque branche : U égale U un égale U deux. C'est exactement ce qui se passe chez toi : toutes les prises et les lampes de la maison sont en dérivation, et reçoivent toutes la même tension de 230 volts. Retiens bien : en série les tensions s'additionnent, en dérivation elles sont égales ; pour l'intensité, c'est le contraire.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.