Le circuit électrique
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• reconnaître un dipôle, un générateur et un récepteur ;
• dire à quelles conditions un courant circule dans un circuit fermé ;
• citer les effets du courant électrique ;
• schématiser un circuit avec les symboles normalisés ;
• indiquer le sens conventionnel du courant et sa nature (électrons, ions) ;
• utiliser une diode et reconnaître un court-circuit et ses dangers.
Situation de départ
Vous appuyez sur le bouton d'une lampe de poche : elle s'allume. Vous la secouez, elle clignote : un contact se fait mal à l'intérieur. Que se passe-t-il dans la lampe quand on appuie sur le bouton ? Pourquoi la lampe s'éteint-elle si un seul fil est mal serré ?
I. Le circuit électrique
1. Les dipôles
Une pile, une lampe, un moteur, un interrupteur ont un point commun : chacun possède deux bornes. Ce sont des dipôles.
• La pile est un générateur : c'est elle qui fait circuler le courant. Si on la retire, plus rien ne fonctionne.
• La lampe et le moteur sont des récepteurs : ils utilisent le courant pour fonctionner, mais ne peuvent pas le produire.
2. Circuit fermé, circuit ouvert
On relie une pile, un interrupteur, une lampe et un moteur, les uns à la suite des autres, avec des fils de connexion.
• Interrupteur fermé : la chaîne de conducteurs est continue, la lampe brille et le moteur tourne : un courant électrique circule. Le circuit est fermé.
• Interrupteur ouvert, ou fil débranché : la chaîne est coupée, plus rien ne fonctionne. Le circuit est ouvert.
Un courant électrique circule dans un circuit s'il remplit deux conditions :
• il contient un générateur ;
• il forme une chaîne continue de conducteurs (circuit fermé).
II. Les effets du courant électrique
On ne voit pas le courant, mais on reconnaît son passage à ses effets :
• effet thermique : le filament d'une lampe chauffe, le verre devient chaud ; c'est aussi l'effet utilisé dans un fer à repasser ou un radiateur ;
• effet lumineux : une lampe ou une DEL éclaire (la DEL éclaire presque sans chauffer) ;
• effet chimique : dans un électrolyseur, des bulles de gaz ou un dépôt apparaissent sur les plaques ;
• effet magnétique : une aiguille aimantée placée près d'un fil parcouru par le courant dévie, comme près d'un aimant ;
• effet mécanique : un moteur tourne.
Si l'un de ces effets se manifeste, c'est la preuve qu'un courant passe. Un même dipôle peut produire plusieurs effets : une lampe à filament chauffe et éclaire.
Dans un circuit, deux lampes différentes sont branchées l'une après l'autre : l'une brille, l'autre reste éteinte mais son verre est tiède. Elle est bien traversée par le courant (effet thermique) : il est simplement trop faible pour la faire briller.
III. Conducteurs et isolants dans un circuit
On débranche un fil du circuit et on place entre les deux bornes libres A et B différents objets :
• avec un objet métallique (clé, trombone) ou la mine d'un crayon (carbone), la lampe brille : ce sont des conducteurs ;
• avec un objet en plastique, en verre, en bois ou une gomme, la lampe reste éteinte : ce sont des isolants.
Avant d'y placer un objet, il y avait de l'air entre A et B, et rien ne fonctionnait : l'air sec est isolant.
L'eau du robinet, l'air humide et le corps humain ne sont ni de bons conducteurs ni des isolants : ce sont de mauvais conducteurs, mais ils laissent passer un courant qui peut être mortel avec le courant du secteur. Ne touchez jamais une prise ou un appareil branché avec les mains mouillées. Les techniciens des lignes à haute tension travaillent avec des perches isolantes.
IV. Schématiser un circuit
Pour représenter un circuit simplement, on dessine les fils par des traits droits et chaque dipôle par son symbole normalisé, le même dans tous les pays.
Tracez le schéma à la règle, avec des angles droits ; ne coupez jamais un symbole par un fil ; placez les lettres (K, L1, L2...) à côté des symboles.
V. Le sens du courant électrique
On branche un moteur sur une pile : il tourne dans un certain sens. On inverse les branchements de la pile : il tourne dans l'autre sens. La cause de la rotation, le courant, a donc changé de sens : le courant électrique a un sens.
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