Chapitre 3 : Circuit en série et circuits en...

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Chapitre 3 : Circuit en série et circuits en dérivation

1/ Une comparaison routière avec Gaston Lagaffe !

Gaston doit aller chercher mademoiselle Jeanne à la gare de Marseille en partant de Brignoles. Il regarde Google Maps et calcule son itinéraire :

Google MAPS propose 3 itinéraires. Il écoute la radio avant de partir pour savoir s’il n’y a pas de bouchons, d’accidents, d’éboulis de pierres ou de ralentissements… A priori, RIEN ! Selon toi, quelle route doit prendre Gaston pour se rendre le plus rapidement possible à Marseille, avec le moins de problèmes ? Justifie ta réponse. Réponse :

Gaston va prendre l’autoroute car le trajet est le plus rapide, sans encombre et le plus tranquille !!!

Gaston est arrivé sans problème à la gare de Marseille. Il doit maintenant retourner à Brignoles avec Mademoiselle Jeanne. Il écoute de nouveau la radio Trafic et entend le message suivant : Gaston est perdu. Quelle route doit-il prendre pour rentrer le plus rapidement possible à Brignoles, avec le moins de problèmes ? Justifie ta réponse.

« Chers automobilistes, la circulation sur l’autoroute A8 est interrompue pour le reste de la journée en raison d’un effondrement de la route entre Aix en Provence et Marseille et d’un accident entre Aix en Provence et Brignoles » « Attention, chers automobilistes, sur la D560, un troupeau de vaches et de mouton a envahi la chaussée. Le ralentissement durera plus de 1 h 30 ».


Réponse :

Gaston ne peut pas prendre l’autoroute car elle est coupée.

Gaston ne peut pas prendre non plus la route D560 car il y a trop de ralentissements (troupeaux).

Il ne lui reste donc que la route D908, étroite mais sans encombres. C’est la route la plus facilement circulable.

Le courant électrique se comporte comme GASTON : Il choisit la route où il va circuler le plus facilement et le plus rapidement possible, avec le moins d’encombres. Donne l’équivalent électrique des éléments suivant :

Sur la route En Electricité Autoroute A8- Route à 3 voies, très large limitée à 130 km/h Gros fil

Départementale D560- Route à 1 voie, assez large limitée à 90 km/h Fil moyen

Départementale D908- Route à 1 voie, étroite où la vitesse ne peut pas dépasser 70 km/h

Petit fil

Eboulis, effondrement de la route Interrupteur ouvert

Circuit ouvert

Accident, troupeau de vaches et de moutons, ralentissement, embouteillage Récepteur ou dipôle

(lampe, moteur, diode, résistance…)

Rond-point de TOURVES (pas loin de Brignoles) Noeud

Route en général Branches

Gaston et sa voiture courant

2/ Les 2 types de circuits : Circuits en série et circuits en dérivation

A/ Activité : Circuit en série et circuit en dérivation

Nous allons utiliser 3 animations pour comprendre la différence entre les circuits en série et les circuits en dérivation : Animation : « Court-circuit avec cavalier » Animation : « Court-circuit » Livre DIDAPAGE : « DIDAPAGE association de dipôles ». Aller dans COMMUN TRAVAIL 5ème électricité tous les documents sont disponibles


Le comportement d’un dipôle monté en série ne dépend pas de sa position dans la boucle simple.

Effet d’un court-circuit dans un circuit en série : Avec l’animation de la page 2 du livre DIDAPAGE, réalise les court-circuits successivement avec le fil restant et réponds aux questions :

1/ Lorsque l’on met en court-circuit L1, on observe que L2 brille plus fort

2/ Lorsque l’on met en court-circuit L2, on observe que L1 brille plus fort

3/ Lorsque l’on met en court-circuit les deux lampes L1 et L2, on observe que la pile est en court-circuit et

aucune lampe ne brille. DANGER !

Fais le schéma électrique (avec les symboles) du circuit avec une pile et 2 lampes L1 et L2

Une ampoule seule brille PLUS que lorsqu’elle

est montée en série avec d’autres composants.

En montant de nombreuses lampes en série avec

la pile de l’animation, nous serions dans

L’OBSCURITE

Lorsqu’on dévisse une parmi plusieurs ampoules

montées en série, les autres CESSENT de

fonctionner car le circuit est alors OUVERT

Une ampoule seule brille AUTANT que

lorsqu’elle est montée en dérivation avec

d’autres composants.

En montant de nombreuses lampes en

dérivation, nous serions EBLOUIS

Lorsqu’on dévisse une parmi plusieurs

ampoules montées en dérivation, les autres

continuent de fonctionner car le circuit

contient plusieurs boucles

Livre didapage pages 1, 2 et 3

Livre didapage pages 4 et 5

Fais le schéma électrique (avec les symboles) du circuit avec une pile et 2 lampes L1 et L2 en dérivation


Sur l’animation, inverse les places des lampes L1 et de L2 et complète la phrase :

L’ordre des lampes n’a pas d’ influence sur son éclairage.

Les lampes des installations électriques à la maison sont généralement montées en dérivation

Effet d’un court-circuit dans un circuit en dérivation :

Lorsque l’on met en court-circuit L1 ou L2 on observe que La pile est alors en court-circuit. Il y a des risques d’incendie.

Si tu as terminé : Regarde l’animation : « Court-circuit » Réponds aux questions du livre didapage : « DIDAPAGE Court-circuit ».

B/ Bilan : Circuit en série ou circuit « en boucle

simple »

Influence de

l’ordre des

dipôles

L’éclat de la lampe (dépend / ne dépend pas) de l’ordre de connexion des lampes.

Animation : « Court-circuit avec cavalier »

Réalise le montage

ATTENTION ! Il ne faut jamais court-circuiter un générateur ou une pile

Circuit en série: Circuit contenant une seule boucle, donc un seul passage du courant. Les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres (à la queue leu leu).


Influence du

nombre des

dipôles

Plus il y a de dipôles, plus l’éclat de la lampe est (faible/fort).

Inci

den

ts d

ans

un

cir

cuit

en

sér

ie Une lampe

grillée ou dévissée

Lorsqu’une lampe est grillée ou dévissée, les autres dipôles (cessent/ continuent) de fonctionner.

Court-circuit d’un dipôle

Quand on court-circuite un dipôle, ce dipôle (fonctionne/ ne fonctionne plus) car tout le courant passe par le fil de court-circuit. (Autoroute) L’autre dipôle fonctionne plus (faiblement /fortement) Pa de court-circuit du générateur. Le générateur est court-circuité si et seulement si les deux

lampes sont court-circuitées.

C/ Bilan : Circuit en dérivation

Circuit en dérivation : Circuit avec plusieurs boucles, donc plusieurs passages pour le courant. Les dipôles sont branchés les uns sur les autres et sont directement connectés par le générateur. Ils fonctionnent indépendamment les uns des autres.


Nœud de courant : C’est un point du circuit où un ou plusieurs courants entrent et sortent : C’est un carrefour de fils. Branche de courant : C’est une portion du circuit délimitée par 2 nœuds consécutifs. Elle contient forcément un dipôle. On distingue :

la branche principale (celle comportant le générateur) :

Les branches dérivées (comportant uniquement des récepteurs) : Boucle de courant : Chemin possible pour le courant

Application : Précise le nombre de boucles que tu observes et dis s’il s’agit d’un circuit en série ou en dérivation.

Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3

Nombre de boucles 4 boucles 1 boucle 2 boucles

Type de circuit En dérivation En série En dérivation

Influence de l’ordre

des dipôles

L’éclat des lampes (dépend / ne dépend pas) de l’ordre des dipôles.

Circuit 1

Circuit 2

Circuit 3

Ici, il y a 4 branches (1 principale et 3 dérivées),

4 nœuds,

3 boucles.


Influence

du nombre de

récepteurs

Quelque soit le nombre de lampes, l’éclat des lampes (est / n’est pas) toujours le même. Les dipôles fonctionnent de manière (indépendante / influencée)

Inci

de

nts

da

ns

un

cir

cuit

en

dér

ivat

ion

Une lampe

grillée ou dévissée

Lorsqu’une lampe est grillée ou dévissée, l’autre dipôle (cesse / continue) de fonctionner.

Court-circuit d’un

dipôle

Quand on court-circuite un dipôle, ce dipôle (fonctionne/ ne fonctionne plus) car tout le courant passe par le fil de court-circuit (autoroute) Les autres dipôles ne fonctionnent plus. Mise en court-circuit du générateur ! Risque d’incendie


D/ TP : Récapitulatif sur les comportements des 2 types de circuits

Le but du TP est de montrer la différence entre les 2 types de circuit électrique : en série et en dérivation

On utilisera 2 récepteurs : le moteur et la lampe.

Quelle est l’influence du nombre de récepteurs dans le circuit ?

Quelle est l’influence de l’ordre des dipôles dans le circuit.

Si la lampe est dévissée ou grillée, le moteur continue-t-il de fonctionner ?

Si on court-circuite la lampe ou le moteur, que se passe-t-il ? Y a-t-il un danger ?

Circuit en série Circuit en dérivation

Influence du nombre de récepteurs

Schéma de l’expérience :


Conclusion : Plus le nombre de récepteurs est important, plus l’éclat de la lampe est (grand/petit)

Conclusion : Quand le nombre de récepteurs augmente, l’éclat de la lampe (augmente/diminue/reste le même)

Influence du nombre de récepteurs



Conclusion : L’ordre des dipôles (change/ ne change rien) sur le fonctionnement.

Conclusion : L’ordre des dipôles (change/ ne change rien) sur le fonctionnement.

Lampe dévissée ou

grillée



Conclusion : Si une lampe est dévissée ou grillée, elle se comporte comme un interrupteur (ouvert/fermé). Tous les autres dipôles (continuent/cessent) de fonctionner.

Conclusion : Si une lampe est dévissée ou grillée, elle se comporte comme un interrupteur (ouvert/fermé). Tous les autres dipôles (continuent/cessent) de fonctionner.

Court-circuit de la lampe ou

du moteur



Conclusion : Si la lampe ou le moteur sont court-circuités, il (continue/cesse) de fonctionner car tout le courant passe dans le fil de court-circuit. L’autre dipôle fonctionne plus (fortement/faiblement). Le générateur (est/n’est pas) court-circuité. Si on court-circuite les 2 dipôles, alors le générateur (est / n’est pas) court-circuité. Il (y a /n’y a pas) un danger.

Conclusion : Si la lampe ou le moteur sont court-circuités, il (continue/cesse) de fonctionner. L’autre dipôle (fonctionne/ne fonctionne plus). Le générateur (est/n’est pas) court-circuité. Il (y a /n’y a pas) un danger.


Barre les mauvaises propositions dans le cas de 2 lampes…

Montage en série Montage en dérivation

Association de deux lampes…

2 lampes brillent plus (faiblement/fortement)

qu’une seule lampe

Les deux lampes brillent

(normalement/faiblement/fortement) car chaque

lampe est reliée directement au générateur.

Si une des lampes est grillée ou dévissée…

Si une lampe est grillée (ou dévissée), l’autre

lampe (s’éteint/s’éclaire fortement) car le circuit

est ouvert.

Si une lampe est grillée (ou dévissée), l’autre

(fonctionne/ne fonctionne plus) car la boucle dans

laquelle elle se trouve est (fermée/ouverte).

Si une des lampes est en court-circuit…

Si une lampe est court-circuitée, elle

(s’éteint/reste éclairée) et l’autre (continue/cesse) de

briller.

Si une lampe est court-circuitée, l’autre lampe

(s’éteint/ brille plus fort) car tout le courant passe dans

le fil le court-circuit (autoroute)

Le générateur est alors en court-circuit !


E/ Démarche d’investigation : Réalisation d’un circuit électrique d’une voiture Ferrari.

L’usine Ferrari de Maranello, en Italie, a été cambriolée. Les voleurs ont emporté avec eux les

plans de la voiture Mythique : la Ferrari « ENZO ».

L’ingénieur en électronique de Ferrari, Carlo Chiti, fait appel à toi pour retrouver le circuit électrique

de cette voiture. (PS : Cette voiture est électrique : elle est alimentée par un générateur)

1/ Réalise le schéma électrique de la voiture. (Appelle le professeur !)

2/ Teste ton schéma pour savoir si toutes les conditions sont respectées. (Appelle le professeur !)





Tu disposes du matériel suivant : un générateur, un moteur, 2 phares (lampes), 2 interrupteurs, des fils. Je peux te dire que la voiture doit respecter les critères ci-dessous :

Les phares peuvent s’allumer même si le moteur ne fonctionne pas.

Si un phare est grillé, l’autre phare peut éclairer.

Un interrupteur commande l’allumage des deux phares doivent en

même temps.

Un interrupteur commande l’allumage du moteur seulement. Le

moteur doit fonctionner indépendamment des deux phares.

« Attention, ce qui fait la complexité de la voiture, c’est la place des interrupteurs »

A









Tu disposes du matériel suivant : un générateur, un moteur, 2 phares (lampes), 1 interrupteur, des fils. Je peux te dire que la voiture doit respecter les critères ci-dessous : Les 2 phares peuvent s’allumer même si le moteur ne fonctionne pas.

Si un phare est grillé, l’autre phare ne fonctionne pas.

Un interrupteur commande l’allumage du moteur ET des lampes en même

temps.

Tu disposes du matériel suivant : un générateur, un moteur, 2 phares (lampes), 1 interrupteur, des fils. Je peux te dire que la voiture doit respecter les critères ci-dessous :

Le phare 1, le phare 2 et le moteur fonctionnent totalement

indépendamment.

Si un des dipôles est grillé, tous les autres dipôles fonctionnent.

Un interrupteur général commande l’allumage des phares et du moteur en

même temps.

C

B









Tu disposes du matériel suivant : un générateur, un moteur, 2 phares (lampes), 1 interrupteur, des fils. Je peux te dire que la voiture doit respecter les critères ci-dessous : Le phare 1 fonctionne indépendamment du phare 2 et du moteur.

Si le phare 1 est grillé, le moteur et le phare 2 continuent de fonctionner.

Si le moteur ne fonctionne pas, alors le phare 2 ne fonctionne pas.

Un interrupteur général commande l’allumage des 2 phares et du moteur en

même temps.

Si l’interrupteur général est fermé, alors un deuxième interrupteur permet

de mettre en marche le phare 1.

D


2/ Installation électrique à la maison

1/ Pourquoi ne branche-t-on pas les appareils d’une maison en série ? Si un appareil était défectueux,

alors tous les appareils de la maison ne pourraient plus fonctionner

2/ Quels éléments assurent la sécurité des personnes et du matériel dans une maison ? Les fusibles, les

petits disjoncteurs qui jouent le rôle de coupe-circuits.

3/ Comment appelle-t-on les 3 fils d’une prise de courant ? La phase, la terre, le neutre.

4/ Quel appareil mesure la consommation électrique ? C’est le compteur.


Quels risques encourent ces personnes ?

A la maison, les appareils électriques sont branchés en dérivation : si un appareil est défectueux, tous les autres

peuvent continuer à fonctionner.

La personne va dégrader les fils de la prise : risque de court-circuit et d’incendie. (voire d’électrocution si le manche du marteau est en métal).

Risque d’électrocution : la fourchette en métal est conductrice (c’est comme si la personne mettait les doigts dans la prise)

Risque d’électrocution : Le sèche-cheveu peut entrer en court-circuit avec l’eau. La personne mouillée est plus facilement électrocutable.

Risque d’électrocution : Il ne faut démonter un appareil sans l’avoir débranché.


FIN

Si l’oiseau met une patte sur un fil et l’autre patte sur un autre fil, il devient conducteur. Il va être traversé par un très fort courant et va être électrocuté


EXERCICE :

Parmi ces propositions de montages faites par des élèves,

1/ Trouvez le court-circuit et surlignez en rouge la boucle de courant dangereuse.

2/ Quels sont les montages qui fonctionnent de la même façon ? Justifier en traçant les boucles de courant pour

faire apparaître le rôle de chaque interrupteur.

3/ Quel montage correspond au circuit de la voiture ?

A

C D

E F

B

G H


CORRECTION :

Le modèle des boucles de courant permet une analyse très claire de ces propositions expérimentales des élèves :

! Danger

Court-circuit

A B

C

D

E

F

G H


Banque de dessins et schémas électriques

Hatier :

Chapitre 3 : Circuit en série et circuits en...

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