Les circuits électriques en courant continu
1. Comment faire fonctionner une lampe ou un moteur ?
Quel est le circuit à réaliser pour les faire fonctionner ?
Téléchargez le document corrigé du TP en cliquant ici.
2. Quelques symboles
On peut représenter le circuit nécessaire au fonctionnement d'une lampe de la manière suivante :
L'avantage est que le schéma est très lisible, mais difficile à comprendre si vous ne comprenez pas le français !
Pour cette raison, des symboles universels existent pour représenter les composants électriques :
| Le fil | L'interrupteur | La lampe |
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| Le moteur | La pile | Le générateur |
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| Le circuit nécessaire au fonctionnement d'une lampe devient : |  |
3. La pile
Pila di Volta 01 par Luigi Chiesa
Travail personnel.
Sous licence CC BY-SA 3.0
via Wikimedia Commons.
L’invention de la pile marque l’avènement des circuits électriques (sans générateur, pas de circuit électrique).
Une pile électrique est capable de produire un courant continu. Avant l’invention de la première pile, les savants ne savaient produire que des courants de très courte durée, appelées décharges électriques comme celles qui nous surprennent désagréablement au contact d’une portière de voiture...
Notre histoire démarre en 1786 : Galvani, médecin italien, constate qu’une cuisse de grenouille suspendue à un crochet en cuivre se contracte quand le crochet rentre en contact avec du fer. Il en déduit l’existence d’une « électricité animale ».
Volta, un compatriote physicien, ne se satisfait pas de cette explication : pour lui la production d’électricité est due à la présence de deux métaux différents et la grenouille ne sert qu’à détecter la décharge électrique.
Alors que les décharges électriques ne permettaient que des démonstrations amusantes dans les salons mondains du XVIIIème siècle, l’invention du courant continu est à l’origine d’une véritable révolution ; parmi les inventions héritières de cette époque : la télévision, la console de jeu, le chauffage électrique, l’eau chaude domestique (chauffe-ballon), l’éclairage et tout le confort domestique actuel (lave-linge...)
Questions :
- Quel est le nom donné aux courants de très courtes durées ?
- Quelle observation importante précède l’invention de la pile ?
- Pourquoi appelle-t-on "pile" l’invention de Volta ?
- Pourquoi parle-t-on de contexte très stimulant pour la recherche ?
- Pourquoi dit-on que l’invention du courant continu est une véritable révolution ?
4. Différents circuits
a) Activité d'introduction
Cliquez ici pour télécharger l'activité, et là pour le corrigé.
b) Circuit en dérivation, circuit en série
Il y a deux méthodes pour associer plusieurs dipôles dans un cicuit électrique. En fonction des besoins, et des caractéristiques attendues, on peu choisir l'une ou l'autre :
| Circuit en série | Circuit en dérivation |
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Comment le reconnaître ? |
Comment le reconnaître ? |
Propriétés : |
Propriétés : |
c) Circuits électriques et vie quotidienne
On en déduit donc qu'une multiprise propose un branchement interne en dérivation.
Il faut alors vérifier manuellement chaque lampe de façon à trouver celle qui a grillé, et on doit la remplacer pour que la guirlande fonctionne de nouveau.
On en déduit donc que ce type de guirlande propose un branchement de ses lampes en série.
5. Circulation du courant
1) Introduction
Cela semble indiquer que quelque chose circule dans le circuit et que le moteur tourne en fonction de ce phénomène.
C'est ce phénomène que l'on appelle courant électrique.
On a décidé que par convention ce courant serait représenté circulant du "+" vers le "-" de la pile par une flèche rouge >.
2) Un nouveau dipôle : la diode
Les diodes dans les circuits électriques
Les diodes électroluminescentes
Elles sont de plus en plus utilisées dans les téléviseurs (les "TV à leds") ainsi que pour l'éclairage domestique.
En effet, une lampe à DEL consomme vingt fois moins d'électricité qu'une lampe classique et dure dix fois plus longtemps. Malheureusement elles utilisent également davantage de produits toxiques.
Le prix Nobel 2014 en physique a été décerné aux chercheurs ayant mis au point les DEL bleues ! (lien vers la revue Pour la Science).
Exercice d'entraînement
Pour vérifier si avez compris, essayez de devinez si les diodes présentes permettent ou non aux lampes de briller !
Cliquez pour visualiser les exercices
6. Les dangers de l'électricité
a) Les courts circuits
On peut imaginer le courant électrique comme un groupe de voitures qui roulent le long du circuit.
Comme les automobilistes, le courant a tendance à prendre principalement le chemin qui le mènera le plus facilement du "+" de la pile au "-".
Chaque dipôle représente un obstacle sur la route du courant et il cherchera à le contourner si c'est possible.
Ainsi un simple fil électrique correspond à une autoroute pour le courant tandis qu'un dipôle serait plutôt un ralentisseur.
Avec cette image (fausse, mais pratique), on peut comprendre ce qu'il se passe lorsque l'on relie les deux bornes d'une lampe par un fil : le courant y trouve un moyen de contourner le dipôle sans être ralenti.
La lampe s'éteind donc, car la quasi totalité du courant la contourne !
Le problème est que le courant circulant trop vite peut créer un échauffement suffisant pour brûler le circuit !
Cliquez pour regarder une vidéo sur le sujet faite par un autre professeur.
b) Electrisation et électrocution
Cette vidéo de l'INRS (Institut National de Recherche et de sécurité) vise à informer des adultes au risque électrique dans leur travail.
Elle n'est pas destinée aux collégiens, mais vous avez maintenant le bagage nécessaire pour comprendre l'essentiel du message.
Essayez de répondre aux questions suivantes :
- Pourquoi Henri pense être en sécurité en portant des bottes ?
- Qu'est-ce qui aurait dû empêcher Henri de faire son travail ?
- Si on a les mains sèches, risque-t-on l'électrocution ? Quelle différence avec les mains mouillées ?
- Si une personne s'électrocute devant nous, que faut-il SURTOUT ne pas faire ?
- Que doit-on essayer de faire ?
- Que risque-t-il d'arriver à la victime ?