5ᵉ · Physique-Chimie · L'énergie : conversions & transferts
Un circuit électrique est une boucle formée de composants reliés par des fils de connexion. On y trouve un générateur (pile, qui fournit l'énergie), un ou plusieurs récepteurs (lampe, moteur, qui utilisent l'énergie) et souvent un interrupteur (qui ouvre ou ferme le circuit).
Pour dessiner un circuit, on ne fait pas de dessin réaliste : on utilise des symboles normalisés, les mêmes pour tout le monde. La pile est représentée par deux traits (un long, un court), la lampe par un cercle barré d'une croix, l'interrupteur par un petit trait mobile, le moteur par un cercle avec un M. Les fils sont des traits droits et le schéma forme un rectangle.
• Le circuit est fermé quand la boucle est complète : le courant circule, la lampe brille.
• Le circuit est ouvert quand la boucle est coupée (interrupteur ouvert, fil débranché) : le courant ne passe plus, la lampe est éteinte.
Un conducteur laisse passer le courant électrique (les métaux : cuivre, fer, aluminium ; le corps humain ; l'eau salée). Un isolant ne laisse pas passer le courant (plastique, verre, bois sec, air). C'est pourquoi les fils sont en cuivre (conducteur) entourés de plastique (isolant).
Dans un montage en série, les récepteurs sont placés les uns à la suite des autres, sur une seule boucle. Le courant n'a qu'un seul chemin. Si une lampe grille ou est dévissée, tout s'éteint. Plus on ajoute de lampes en série, moins elles brillent.
Dans un montage en dérivation (ou en parallèle), les récepteurs sont placés sur des boucles différentes (des branches). Le courant a plusieurs chemins. Si une lampe grille, les autres continuent de briller. Chaque lampe brille normalement, comme si elle était seule.
L'électricité peut être dangereuse. On ne touche jamais une prise ou un fil dénudé, surtout avec les mains mouillées (l'eau conduit le courant). À la maison, la tension du secteur (230 V) est dangereuse ; celle d'une pile (quelques volts) ne l'est pas. Le court-circuit (relier directement les deux bornes du générateur) est à éviter : les fils chauffent et peuvent provoquer un incendie.
Avant la théorie, voyons à quoi servent les circuits électriques. Tu es entouré de circuits sans même y penser. Dans ta maison, chaque lampe, chaque prise, chaque appareil est relié à un immense circuit qui part du compteur : et si tu peux allumer la lampe du salon sans éteindre celle de la cuisine, c'est grâce à un montage en dérivation.
Dans une lampe de poche, une pile, un interrupteur et une ampoule forment le circuit le plus simple qui soit. Dans un téléphone ou un ordinateur, des millions de tout petits circuits travaillent ensemble. Et comprendre les circuits, c'est aussi comprendre la sécurité : pourquoi il ne faut jamais toucher une prise avec les mains mouillées, pourquoi les fils sont entourés de plastique.
Dans ce chapitre, tu vas apprendre à lire et à dessiner un circuit, et à comprendre la différence entre un montage en série et un montage en dérivation.
Un circuit électrique, c'est une boucle. Pour qu'une lampe brille, il faut fabriquer un chemin fermé où le courant peut circuler. Il faut d'abord un générateur : c'est la pile, qui fournit l'énergie électrique.
Il faut ensuite un récepteur : la lampe, qui reçoit cette énergie et la transforme en lumière. Un moteur est aussi un récepteur, qui transforme l'énergie en mouvement. Souvent, on ajoute un interrupteur, qui permet d'ouvrir ou de fermer le circuit quand on veut.
Enfin, tous ces éléments sont reliés par des fils de connexion. Retiens bien ce vocabulaire : générateur, récepteur, interrupteur, fils. Le courant part d'une borne de la pile, traverse la lampe, et revient à l'autre borne.
Pour dessiner un circuit, on n'en fait pas un dessin réaliste : on utilise des symboles normalisés, c'est-à-dire les mêmes pour tout le monde dans le monde entier. La pile, c'est deux traits, un long et un court. La lampe, c'est un cercle barré d'une croix.
L'interrupteur, c'est un petit trait qui bouge. Le schéma forme un rectangle bien propre, tracé à la règle. Ensuite, deux situations.
Quand la boucle est complète, sans coupure, on dit que le circuit est fermé : le courant circule et la lampe brille. Quand la boucle est coupée quelque part, par exemple parce que l'interrupteur est ouvert ou qu'un fil est débranché, on dit que le circuit est ouvert : le courant ne passe plus et la lampe est éteinte. Un interrupteur ouvert donne un circuit ouvert.
Tous les matériaux ne se ressemblent pas face à l'électricité. Un conducteur laisse passer le courant électrique. Les métaux sont d'excellents conducteurs : le cuivre, le fer, l'aluminium.
Attention, le corps humain et l'eau salée conduisent aussi le courant : c'est justement pour cela que l'électricité est dangereuse. Un isolant, au contraire, ne laisse pas passer le courant : le plastique, le verre, le bois bien sec, l'air. Pour tester, on intercale le matériau dans un circuit : si la lampe brille, c'est un conducteur ; si elle reste éteinte, c'est un isolant.
C'est ce mélange qu'on retrouve dans un fil électrique : un cœur en cuivre, qui conduit le courant, entouré d'une gaine en plastique, qui isole et protège tes doigts.
Voici le cœur du chapitre : les deux façons de brancher plusieurs lampes. Dans un montage en série, les lampes sont placées les unes à la suite des autres, sur une seule boucle. Le courant n'a qu'un seul chemin.
Conséquence : si une lampe grille ou qu'on la dévisse, tout le circuit est coupé, et toutes les lampes s'éteignent. De plus, plus tu ajoutes de lampes en série, moins chacune brille. Dans un montage en dérivation, aussi appelé montage en parallèle, les lampes sont placées sur des branches différentes.
Le courant a plusieurs chemins. Conséquence : si une lampe grille, les autres continuent de briller normalement, chacune comme si elle était seule. C'est pour ça que, chez toi, les lampes sont branchées en dérivation : quand une ampoule grille, le reste de la maison reste allumé.
L'électricité est très utile, mais elle peut être dangereuse, alors apprends les bons réflexes. D'abord, une question de tension : la pile de ta télécommande délivre quelques volts, ce n'est pas dangereux. Mais les prises de la maison sont sous 230 volts : ça, c'est dangereux et ça peut tuer.
On ne met jamais les doigts, ni un objet en métal, dans une prise. Ensuite, l'eau : comme elle conduit le courant, on ne touche jamais un appareil électrique ni une prise avec les mains mouillées, et on n'utilise pas de sèche-cheveux au-dessus d'une baignoire pleine. Enfin, le court-circuit : si tu relies directement les deux bornes du générateur par un simple fil, un très fort courant passe, le fil chauffe énormément et cela peut provoquer une brûlure ou un incendie.
Dans les maisons, des disjoncteurs coupent automatiquement le courant en cas de problème.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.