À la Découverte du Courant et de la Tension : Mesures dans un Circuit
Comment "voir" l'électricité qui circule ?
L'électricité est invisible, mais on peut mesurer ses effets ! Deux grandeurs fondamentales pour comprendre un circuit électrique sont l'intensité du courant (le "débit" d'électricité) et la tension électrique (la "force" qui pousse l'électricité). Pour mesurer ces grandeurs, on utilise des appareils spécifiques : l'ampèremètre pour l'intensité et le voltmètre pour la tension. Savoir les brancher correctement et lire leurs indications est crucial pour analyser un circuit. Cet exercice te guidera à travers ces mesures et les calculs associés.
Mission : Mesurer et calculer dans un circuit simple
Informations sur le circuit et les mesures :
Rappels :
Schéma : Circuit avec ampèremètre et voltmètre
L'ampèremètre est en série pour mesurer I, le voltmètre est en parallèle aux bornes de la lampe pour mesurer U
Questions à résoudre
- Explique comment on branche un ampèremètre dans un circuit pour mesurer l'intensité du courant. Explique comment on branche un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes d'un dipôle.
- Dans ce circuit simple avec une seule lampe, quelle sera la tension \(U_L\) mesurée par le voltmètre aux bornes de la lampe lorsque l'interrupteur est fermé ? Justifie ta réponse.
- Calcule la puissance électrique \(P\) consommée par la lampe lorsqu'elle est allumée. Donne ton résultat en Watts (W).
- Sarah utilise sa lampe pendant \(15 \text{ minutes}\).
- Convertis cette durée en secondes (s).
- Calcule l'énergie électrique \(E\) consommée par la lampe pendant ces \(15 \text{ minutes}\). Donne ton résultat en Joules (J).
- Si l'ampèremètre indiquait une intensité de \(0 \text{ A}\) alors que l'interrupteur est fermé et que la pile est neuve, quelle pourrait être la cause du problème dans le circuit ?
- Si on ajoutait une deuxième lampe identique en série avec la première :
- L'intensité du courant mesurée par l'ampèremètre augmenterait-elle, diminuerait-elle ou resterait-elle la même ? Explique pourquoi.
- Comment la luminosité de chaque lampe serait-elle affectée par rapport au cas où il n'y a qu'une seule lampe ?
Correction : À la Découverte du Courant et de la Tension
Question 1 : Branchement des appareils de mesure
Réponse :
Pour mesurer l'intensité du courant qui traverse un dipôle, on branche un ampèremètre en série avec ce dipôle. Cela signifie qu'il faut ouvrir le circuit et insérer l'ampèremètre de manière à ce que le courant le traverse.
Pour mesurer la tension électrique aux bornes d'un dipôle, on branche un voltmètre en parallèle (ou en dérivation) sur ce dipôle. Les bornes du voltmètre sont connectées aux deux bornes du dipôle.
Question 2 : Tension aux bornes de la lampe
Réponse :
Dans ce circuit simple, la lampe est le seul récepteur branché en série avec la pile (lorsque l'interrupteur est fermé). Par conséquent, la tension aux bornes de la lampe (\(U_L\)) est égale à la tension fournie par la pile.
Donc, \(U_L = U_{\text{pile}} = 4,5 \text{ V}\).
Question 3 : Calcul de la puissance électrique de la lampe
Réponse :
On utilise la formule \(P = U \times I\).
Données : \(U = U_L = 4,5 \text{ V}\) (de la question 2), \(I = 0,15 \text{ A}\).
La puissance électrique de la lampe est de \(0,675 \text{ Watts (W)}\).
Question 4 : Énergie électrique consommée
Réponse a) Conversion du temps en secondes :
Durée d'utilisation \(t = 15 \text{ minutes}\).
Réponse b) Calcul de l'énergie consommée :
On utilise la formule \(E = P \times t\).
Données : \(P = 0,675 \text{ W}\) (calculé à la question 3), \(t = 900 \text{ s}\).
L'énergie électrique consommée par la lampe est de \(607,5 \text{ Joules (J)}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Un ampèremètre doit avoir une résistance interne :
Question 5 : Problème dans le circuit (I=0A)
Réponse :
Si l'ampèremètre indique \(0 \text{ A}\) alors que l'interrupteur est fermé et la pile neuve, cela signifie que le courant ne circule pas. Plusieurs causes sont possibles :
Question 6 : Ajout d'une deuxième lampe en série
Réponse a) Intensité du courant :
Si on ajoute une deuxième lampe identique en série, la résistance totale du circuit augmente (la résistance totale en série est la somme des résistances). D'après la loi d'Ohm (\(I = U/R_{\text{totale}}\)), si la tension de la pile \(U\) reste la même et que la résistance totale \(R_{\text{totale}}\) augmente, l'intensité du courant \(I\) dans le circuit va diminuer.
Réponse b) Luminosité des lampes :
Comme l'intensité du courant diminue et que la tension de la pile se partage maintenant entre deux lampes (chaque lampe aura une tension plus faible à ses bornes), la puissance consommée par chaque lampe sera plus faible (\(P = U_{\text{lampe}} \times I\)).
Par conséquent, chaque lampe brillera moins fort que lorsqu'elle était seule dans le circuit.
Quiz Intermédiaire 2 : Pour mesurer la tension aux bornes d'une pile dans un circuit, un voltmètre se branche :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. L'intensité du courant électrique se mesure en :
2. Pour mesurer la tension aux bornes d'une lampe, un voltmètre doit être branché :
3. Si une lampe est soumise à une tension de \(3 \text{ V}\) et traversée par un courant de \(0,2 \text{ A}\), sa puissance est de :
Glossaire
- Circuit Électrique
- Ensemble de composants reliés par des fils conducteurs, permettant la circulation d'un courant électrique grâce à un générateur.
- Tension Électrique (\(U\))
- Différence de "niveau électrique" entre deux points d'un circuit. Elle est la cause qui met les charges en mouvement. Unité : Volt (V).
- Intensité du Courant Électrique (\(I\))
- Débit de charges électriques qui traversent une section d'un circuit par unité de temps. Unité : Ampère (A).
- Puissance Électrique (\(P\))
- Vitesse à laquelle l'énergie électrique est transférée ou consommée par un appareil. Unité : Watt (W). Formule : \(P = U \times I\).
- Énergie Électrique (\(E\))
- Quantité d'électricité consommée ou fournie. Unité : Joule (J). Formule : \(E = P \times t\).
- Ampèremètre
- Appareil de mesure de l'intensité du courant électrique. Il se branche toujours en série dans le circuit.
- Voltmètre
- Appareil de mesure de la tension électrique. Il se branche toujours en parallèle (ou dérivation) aux bornes du dipôle à mesurer.
- Dipôle
- Composant électrique possédant deux bornes (ex: pile, lampe, interrupteur, moteur, résistance).
- Générateur
- Dipôle qui fournit l'énergie électrique au circuit (ex: pile).
- Récepteur
- Dipôle qui convertit l'énergie électrique en une autre forme d'énergie (ex: lampe en lumière et chaleur).
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