Chapitre 9 – Différents types de circuits électriques
Programme
CIRCUIT ELECTRIQUE EN SERIE.
Les dipôles constituant le circuit électrique en série ne
forment qu’une seule boucle. Réaliser un montage en série à partir d’un schéma.
Faire le schéma normalisé d’un montage en série.
E11 Pour un circuit donné, l’ordre des dipôles n’influence pas
leur fonctionnement.
Valider ou invalider l’hypothèse correspondante. E12
Danger en cas de court-circuit d’un générateur. Identifier la situation de court-circuit du générateur et le
risque correspondant. E13
CIRCUIT ELECTRIQUE EN DERIVATION.
Circuit avec une dérivation.
Une installation domestique classique est constituée d’appareils en dérivation.
Réaliser un montage avec une dérivation à partir d’un schéma.
Faire le schéma normalisé d’un circuit avec une dérivation.
Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale.
E14 E15 E16
I. Quels sont les deux types de circuits électriques ?
1) Alimentation de deux lampes en même tempsOn souhaite alimenter deux lampes en même temps avec un seul générateur. Proposez deux circuits différents permettant de faire briller les deux lampes en même temps. Faites un schéma normalisé des circuits obtenus.
C’est le cas à la maison : vous avez une prise de courant, et grâce aux multiprises, vous branchez plusieurs appareils.
De plus, vous avez plusieurs prises qui viennent toutes du même câble électrique à l’extérieur…
Observations : Dans quel circuit les lampes brillent-elles le mieux ?
Les lampes brillent mieux dans le second que dans le premier circuit.
Combien de boucles (combien de circuits fermés) forment chacun des deux circuits ? Le premier circuit ne forme qu’une seule boucle. Le second circuit forme deux boucles.
2) Définitions
Un circuit en série ne comporte qu’une seule boucle. Les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres.
Exemple : Circuit 1.
Le courant n’a qu’un seul chemin possible. (Imaginer petits bonhommes qui font une randonnée de la borne (+) à la borne (-) du générateur.)
Un circuit en dérivation comporte au moins deux boucles. Le générateur alimente chaque dipôle indépendamment des autres.
Exemple : Circuit 2.
Le courant a un chemin possible pour chaque dipôle branché. Les petits bonhommes ont deux randonnées possibles (ou 3 si on branche 3 dipôles, etc.). On « dérive » le courant pour alimenter chaque dipôle.
Ces deux circuits sont les deux manières de brancher deux dipôles en même temps sur un seul générateur. Comment choisit-on l’une ou l’autre ? Chacun de ces types de circuit a des propriétés particulières qui vont faire qu’on va le choisir plutôt qu’un autre dans certaines situations.
+ - G
L1 L2
+ - G
L2
L1
II. Etude des circuits en série
On s’intéresse au circuit électrique d’un ventilateur branché sur une prise. Lorsque le ventilateur tourne, une lampe brille pour indiquer qu’il fonctionne. La prise de courant sera simulée par un générateur.
1) L’ordre des dipôles a-t-il une importance dans un circuit en série ?
Si on branche en série une lampe et un moteur, vaut-il mieux brancher en premier la lampe ou le moteur ? (D’abord, ça veut dire plus près de la borne (+), puisque le courant va de la borne (+) à la borne (-).)
Hypothèse : Dans un circuit en série, l’ordre des dipôles n’a pas d’importance.
Expérience : On réalise un circuit en série comprenant une lampe et un moteur, puis on inverse la position de la lampe et du moteur pour vérifier si le comportement du circuit est modifié. Réalisez les circuits suivants.
Observations : Que dire de l’éclat de la lampe et de la vitesse de rotation du moteur dans les deux circuits ? L’éclat de la lampe et la vitesse de rotation du moteur sont les mêmes dans les deux circuits.
Conclusion : Dans un circuit série, l’ordre de branchement des dipôles n’a pas d’importance. L’hypothèse est vraie.
2) Que se passe-t-il lorsqu’un dipôle ne fonctionne plus ?
Le circuit continue-t-il à fonctionner lorsqu’une lampe est grillée par exemple ? A partir du circuit précédent.
Comment simuler une lampe grillée sur votre circuit ? Pour simuler une lampe grillée, on la dévisse de son socle.
Observation : Lorsqu’on dévisse la lampe de son socle, le moteur ne tourne plus.
Conclusion : Dans un circuit en série, lorsqu’un dipôle ne fonctionne plus (lorsqu’il est « grillé »), les autres ne sont plus alimentés.
Revenons aux petits bonhommes : Ils n’ont qu’un seul chemin, puisque c’est un circuit en série, et en plus ce chemin est coupé. Les petits bonhommes ne partent donc pas en randonnée ! Pour notre ventilateur électrique, cela veut dire que si la lampe et le moteur sont branchés en série, lorsque la lampe est grillée, le ventilateur ne peut plus fonctionner, même si le moteur fonctionne encore.
Maintenant j’aimerais étudier autre chose lié aux dangers de l’électricité.
M + G -
M + G -
M + G -
III. Etude des courts-circuits électriques
1) Qu’est-ce qu’un court-circuit ?
Réalisez le circuit 1, puis ajoutez un fil pour réaliser le circuit 2, où la lampe L1 est « court-circuitée ».
Observation : La lampe L1 ne brille plus.
Interprétation : Lorsqu’on court-circuite une lampe avec un fil, tout le courant passe par le fil au lieu de traverser la lampe. La lampe ne brille donc plus.
Si on revient aux petits bonhommes : La lampe il faut la faire briller, ça fait travailler le courant, c’est comme si les petits bonhommes, lorsqu’ils passent par la lampe, avaient une montagne à franchir. C’est fatiguant. Alors que le fil est fait pour conduire le courant, c’est comme une belle route bien plate !
Définition : Court-circuiter un dipôle, c’est relier ses deux bornes directement par un fil.
Dans le journal, ils disent que c’est la prise qui a été court-circuitée. La prise dans une maison, c’est le générateur.
2) Que se passe-t-il lorsqu’on court-circuite un générateur ?
Expérience 1 : Comment court-circuite-t-on une pile ? On relie les deux bornes de la pile par un fil.
On court-circuite une pile.
Observations : La pile chauffe anormalement.
Conclusion : Le court-circuit d’un générateur peut entraîner une surchauffe.
Expérience 2 : On court-circuite un générateur avec de la paille de fer.
Observation : Rapidement, la paille de fer s’enflamme.
Conclusion : La surchauffe due au court-circuit de la pile a provoqué la combustion de la paille de fer.
Le court-circuit de générateurs plus puissants qu’une pile (comme une prise de courant, par exemple) peut provoquer de très graves incendies, comme celui décrit dans l’article de journal.
+ - G
L1 L2
+ -
G
L1 L2
A Mantes-la-Jolie, le 22 juillet 2009.
Le drame s'était produit mardi à l'aube : quatre personnes […] avaient péri dans l'incendie de leur pavillon à Mantes-la-Jolie. Les secours n'avaient rien pu faire pour secourir les victimes. […]
L'origine accidentelle du sinistre […] semble désormais se confirmer : de source policière, on évoque un court-circuit ayant entraîné une surchauffe qui se serait produit "au niveau d'une prise électrique" située "en bas dans l'entrée, sous l'escalier". […]
Extrait d’un article de journal
IV. Etude des circuits en dérivation
1) Que se passe-t-il lorsqu’un composant ne fonctionne plus dans un circuit en dérivation ?
Réalisez le circuit suivant. Pourquoi est-ce un circuit en dérivation ? C’est un circuit en dérivation car il est constitué de plusieurs boucles.
Observation : Lorsqu’on dévisse la lampe L1, on observe que la lampe L2 continue à briller.
Conclusion : Dans un circuit en dérivation, lorsqu’un composant ne fonctionne plus (lorsqu’il est « grillé »), les autres continuent à être alimentés.
2) Interrupteurs dans un circuit en dérivation
a) Dans le circuit du 1), ajoutez un interrupteur pour contrôler la lampe L1. Schématiser le circuit correspondant.
b) Placez maintenant l’interrupteur pour contrôler les deux lampes en même temps. Faites le schéma.
Un conseil : Faites les schémas d’abord ! Attention aux courts-circuits !!!
a) b)
3) Conclusion
Comment sont branchés les appareils d’une installation domestique ? Justifiez.
Les appareils d’une installation domestique sont branchés en dérivation car lorsqu’un appareil est éteint, les autres doivent pouvoir continuer à fonctionner.
+ - G
L2
L1
Ce circuit est dangereux car le générateur est court- circuité !
L1
L2
+ G - + G -
L2
L1
+ - G L1
L2
