Sommaire
- Faire briller une lampe : la boucle de courant
- Générateurs, récepteurs et dipôles
- Conducteurs et isolants
- Le schéma normalisé
- Deux lampes : en série ou en dérivation ?
- L'essentiel, cartes mémoire et quiz final
- reconnaître une boucle de courant ouverte ou fermée et savoir qu'un courant exige une boucle fermée avec un générateur ;
- utiliser le vocabulaire dipôle, générateur, récepteur, conducteur, isolant ;
- lire et tracer un schéma normalisé ;
- reconnaître et comparer des dipôles en série et en dérivation.
Toutes les expériences de ce chapitre se font avec une pile (4,5 V au plus). On ne fait jamais d'expérience avec une prise de courant (230 V) : c'est mortellement dangereux. Voir le chapitre « Dangers et sécurité ».
Faire briller une lampe : la boucle de courant
Je découvre
Avec une pile, une lampe et des fils, certains montages font briller la lampe et d'autres non. Pourtant, ce sont les mêmes objets ! Quelle est la différence ?
J'observe — le circuit à réparer
Consigne : touche un fil pour le brancher ou le débrancher, touche l'interrupteur pour l'ouvrir ou le fermer. Cherche quand la lampe brille. Essaie aussi d'inverser la pile et de changer de récepteur.
boucle ouverte
Question d'observation : qu'ont en commun tous les montages où le récepteur fonctionne ?
Je comprends
Le récepteur fonctionne seulement si on peut faire le tour du circuit, en partant d'une borne de la pile et en revenant à l'autre, sans rencontrer de coupure. On dit que le circuit forme une boucle fermée. S'il y a une coupure quelque part (fil débranché, interrupteur ouvert, filament cassé), la boucle est ouverte : aucun courant ne circule, nulle part dans le circuit.
Un courant électrique ne circule que dans une boucle fermée qui comporte un générateur. Un interrupteur ouvert ouvre la boucle : le courant s'arrête.
Par convention, le sens du courant va, à l'extérieur du générateur, de sa borne + vers sa borne −.
Le courant ne « s'use » pas en traversant la lampe, et il ne part pas de la pile « des deux côtés » pour se rejoindre dans la lampe : il circule dans toute la boucle à la fois. Une lampe s'allume quel que soit le sens de branchement ; un moteur tourne dans l'autre sens si on inverse la pile ; une DEL ne s'allume que dans un seul sens.
Je m'entraîne
Générateurs, récepteurs et dipôles
Un dipôle est un composant qui possède deux bornes (deux points de connexion).
Un générateur est un dipôle qui fait circuler le courant et fournit l'énergie électrique : la pile, la batterie.
Un récepteur est un dipôle qui reçoit l'énergie électrique et la convertit : la lampe (lumière), le moteur (mouvement), la DEL, le haut-parleur…
L'interrupteur et le fil de connexion ont deux bornes : ce sont des dipôles, mais ni générateurs ni récepteurs. L'interrupteur sert à ouvrir ou fermer la boucle ; le fil relie les dipôles entre eux.
Je m'entraîne
Conducteurs et isolants
Je découvre
Un câble électrique est fait de cuivre à l'intérieur et de plastique à l'extérieur. Pourquoi deux matières différentes ? Pour le savoir, on fabrique un circuit testeur : on ouvre le circuit et on referme la coupure avec l'objet à tester.
J'observe — le circuit testeur
Consigne : choisis un objet, fais ta prévision, puis place-le entre les deux pinces. Remplis ainsi le tableau.
| Objet (matériau) | Ma prévision | Résultat | Conducteur ou isolant ? |
|---|
Je comprends
Matériau qui laisse passer le courant : tous les métaux (cuivre, fer, aluminium…), le graphite (mine de crayon), l'eau salée, le corps humain.
Matériau qui ne laisse pas passer le courant : plastique, verre, bois sec, caoutchouc, air sec.
« La lampe ne brille pas » ne prouve pas toujours que le matériau est isolant : l'eau du robinet conduit, mais trop faiblement pour allumer la lampe avec une pile. Avec la tension de 230 V du secteur, elle laisse passer un courant dangereux : jamais d'appareil branché avec les mains mouillées.
Dans un câble, le cuivre (conducteur) transporte le courant et le plastique (isolant) protège l'utilisateur. Les tournevis d'électricien ont un manche isolant.
Je m'entraîne
Le schéma normalisé d'un circuit
Je découvre
Dessiner une pile ou une lampe de façon réaliste prend du temps et chacun dessine à sa façon. Les électriciens du monde entier utilisent donc les mêmes symboles normalisés.
J'observe — les symboles
- Je trace les fils à la règle, uniquement horizontaux ou verticaux (angles droits).
- Je place chaque dipôle par son symbole, directement sur un fil.
- Je repère la borne + de la pile (grand trait fin) et la borne − (petit trait épais).
- Le schéma ne reproduit pas la position des objets sur la table : seule compte la façon dont ils sont reliés.
Je m'entraîne
Les symboles de l'ampèremètre (A) et du voltmètre (V) servent à représenter des appareils de mesure. Tu les utiliseras au chapitre « Intensité et tension ».
Deux lampes : en série ou en dérivation ?
Je découvre
Dans une vieille guirlande de Noël, quand une ampoule grille, toute la guirlande s'éteint. Dans une maison, quand une lampe grille, les autres continuent de fonctionner. Pourquoi ?
J'observe — le simulateur à deux lampes
Consigne : choisis un montage, ferme l'interrupteur, puis touche une lampe pour la dévisser ou la revisser. Compare la luminosité avec celle de la lampe seule.
Simulation avec des lampes identiques et une pile idéale. Avec du vrai matériel, les différences de luminosité sont du même sens mais moins tranchées.
Je comprends
Les dipôles sont placés les uns à la suite des autres sur une seule boucle. Si on dévisse une lampe, la boucle est ouverte : tout s'éteint. Deux lampes en série brillent moins qu'une lampe seule.
Les dipôles sont sur des branches différentes reliées aux deux mêmes points, appelés nœuds. Si on dévisse une lampe, l'autre reste allumée : sa boucle est toujours fermée. Chaque lampe brille autant qu'une lampe seule.
Un nœud est un point du circuit relié à au moins trois fils (on le marque d'un gros point). Une branche est une portion de circuit entre deux nœuds.
Série : une seule boucle ; un dipôle retiré → tout s'arrête.
Dérivation : plusieurs branches entre deux nœuds ; un dipôle retiré → les autres continuent. Les appareils d'une maison sont branchés en dérivation.
Je m'entraîne
L'essentiel à retenir
La boucle de courant
- Courant seulement dans une boucle fermée avec un générateur.
- Sens conventionnel : de + vers − à l'extérieur du générateur.
Les dipôles
- Générateur : pile. Récepteurs : lampe, moteur, DEL.
- Conducteurs : métaux, graphite, eau salée. Isolants : plastique, verre, bois sec.
Schéma et associations
- Symboles normalisés, fils à angles droits.
- Série : une boucle. Dérivation : branches entre deux nœuds.
Cartes mémoire — touche une carte pour la retourner
Glossaire
Borne
Point de connexion d'un dipôle. Une pile a une borne + et une borne −.
DEL (diode électroluminescente)
Récepteur qui émet de la lumière et ne laisse passer le courant que dans un seul sens (le sens passant).
Nœud
Point du circuit où se rejoignent au moins trois fils.
Branche
Portion de circuit comprise entre deux nœuds.
Court-circuit
Liaison directe entre les deux bornes d'un dipôle par un fil : voir le chapitre « Dangers et sécurité ».