Le Courant Électrique : Mesures et Calculs d'Intensité !
L'électricité qui circule, c'est comme une rivière invisible !
L'intensité du courant électrique (\(I\)) nous indique le "débit" des charges électriques dans un circuit. Plus l'intensité est grande, plus il y a de charges qui passent chaque seconde. On la mesure avec un ampèremètre, qui doit toujours être branché en série dans le circuit. La fameuse Loi d'Ohm (\(U = R \times I\)) nous permet de relier la tension (\(U\)), la résistance (\(R\)) et l'intensité (\(I\)). Dans cet exercice, nous allons explorer comment mesurer et calculer l'intensité dans différents circuits. ⚡💡
Les Expériences de Chloé avec les Circuits
Schémas des Circuits de Chloé
Schémas des circuits électriques étudiés.
Questions à traiter
- Définis l'intensité du courant électrique (\(I\)). Quelle est son unité ? Avec quel appareil la mesure-t-on et comment doit-il être branché dans un circuit ?
- Circuit 1 (Résistance unique) :
- Rappelle la loi d'Ohm liant \(U\), \(R\) et \(I\).
- Calcule l'intensité \(I_1\) du courant traversant la résistance \(R_1\).
- Circuit 2 (Résistances en série) :
- Quelle est la résistance équivalente \(R_{\text{série}}\) de deux résistances \(R_1\) et \(R_2\) branchées en série ? Calcule sa valeur.
- Calcule l'intensité totale \(I_{\text{totale série}}\) débitée par la pile dans ce circuit.
- Quelle est l'intensité \(I_1\) traversant \(R_1\) et l'intensité \(I_2\) traversant \(R_2\) ? Justifie.
- Circuit 3 (Résistances en parallèle) :
- Quelle est la tension aux bornes de \(R_1\) (\(U_1\)) et aux bornes de \(R_2\) (\(U_2\)) dans ce montage ? Justifie en énonçant la loi correspondante.
- Calcule l'intensité \(I_1\) dans la branche contenant \(R_1\).
- Calcule l'intensité \(I_2\) dans la branche contenant \(R_2\).
- Énonce la loi des nœuds (ou loi d'additivité des intensités dans les branches d'un circuit en dérivation). Calcule l'intensité totale \(I_{\text{totale parallèle}}\) débitée par la pile.
- Compare l'intensité totale débitée par la pile dans le circuit 2 (série) et dans le circuit 3 (parallèle). Dans quel type de montage la pile débite-t-elle le plus de courant ? Qu'est-ce que cela implique pour la "durée de vie" de la pile si elle alimentait ces circuits en continu ?
Correction : Le Courant Électrique en Calculs !
Question 1 : Intensité du courant
Réponse :
L'intensité du courant électrique (\(I\)) est une grandeur qui mesure le débit de charges électriques à travers une section d'un circuit. Elle indique la "quantité d'électricité" qui passe par seconde.
Son unité dans le Système International est l'Ampère (A).
On la mesure avec un ampèremètre, qui doit toujours être branché en série dans la branche du circuit où l'on veut mesurer l'intensité.
Question 2 : Circuit 1 (Résistance unique)
Réponse a) Loi d'Ohm :
La loi d'Ohm s'écrit : \(U = R \times I\), où \(U\) est la tension en Volts (V), \(R\) la résistance en Ohms (\(\Omega\)), et \(I\) l'intensité en Ampères (A).
Réponse b) Calcul de l'intensité \(I_1\) :
Données : \(U = 6 \text{ V}\), \(R_1 = 30 \text{ }\Omega\).
D'après la loi d'Ohm, \(I = U/R\).
L'intensité du courant dans le circuit 1 est de \(0,2 \text{ A}\).
Question 3 : Circuit 2 (Résistances en série)
Réponse a) Résistance équivalente en série :
Pour des résistances en série, la résistance équivalente \(R_{\text{série}}\) est la somme des résistances individuelles :
La résistance équivalente du circuit 2 est de \(90 \text{ }\Omega\).
Réponse b) Intensité totale \(I_{\text{totale série}}\) :
On utilise la loi d'Ohm pour l'ensemble du circuit : \(I_{\text{totale série}} = U_{\text{pile}} / R_{\text{série}}\).
L'intensité totale dans le circuit 2 est d'environ \(0,067 \text{ A}\) (ou \(67 \text{ mA}\)).
Réponse c) Intensités \(I_1\) et \(I_2\) :
D'après la loi d'unicité de l'intensité dans un circuit en série, le courant est le même en tout point.
Donc, \(I_1 = I_{\text{totale série}} \approx 0,067 \text{ A}\) et \(I_2 = I_{\text{totale série}} \approx 0,067 \text{ A}\).
Question 4 : Circuit 3 (Résistances en parallèle)
Réponse a) Tensions \(U_1\) et \(U_2\) :
Dans un circuit en dérivation (parallèle), la tension aux bornes de chaque branche est la même et est égale à la tension du générateur. C'est la loi d'unicité de la tension en dérivation.
Donc, \(U_1 = U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\) et \(U_2 = U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\).
Réponse b) Intensité \(I_1\) dans la branche de \(R_1\) :
L'intensité dans la branche de \(R_1\) est de \(0,2 \text{ A}\).
Réponse c) Intensité \(I_2\) dans la branche de \(R_2\) :
L'intensité dans la branche de \(R_2\) est de \(0,1 \text{ A}\).
Réponse d) Loi des nœuds et intensité totale \(I_{\text{totale parallèle}}\) :
La loi des nœuds (ou loi d'additivité des intensités en dérivation) stipule que l'intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches dérivées.
L'intensité totale débitée par la pile dans le circuit 3 est de \(0,3 \text{ A}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Dans un circuit en série, si une ampoule grille, les autres :
Question 5 : Comparaison des intensités totales
Réponse :
Intensité totale dans le circuit 2 (série) : \(I_{\text{totale série}} \approx 0,067 \text{ A}\).
Intensité totale dans le circuit 3 (parallèle) : \(I_{\text{totale parallèle}} = 0,3 \text{ A}\).
On constate que \(0,3 \text{ A} > 0,067 \text{ A}\). La pile débite plus de courant dans le montage en parallèle que dans le montage en série (car la résistance équivalente du montage en parallèle est plus faible que celle du montage en série).
Cela implique que la pile se déchargera plus rapidement si elle alimente le circuit en parallèle qu'en série, car elle doit fournir une plus grande intensité. Sa "durée de vie" sera donc plus courte avec le montage en parallèle.
Quiz Intermédiaire 2 : Un ampèremètre se branche toujours :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. L'intensité du courant électrique se mesure en :
2. Dans un circuit où deux lampes sont branchées en série, l'intensité du courant :
3. Un résistor de \(20 \text{ }\Omega\) est soumis à une tension de \(10 \text{ V}\). L'intensité du courant qui le traverse est de :
Glossaire de l'Intensité Électrique
- Circuit Électrique
- Ensemble de composants électriques (générateur, récepteurs, fils de connexion, interrupteur) formant une boucle fermée permettant la circulation du courant.
- Intensité du Courant (\(I\))
- Débit de charges électriques dans un circuit. Unité : Ampère (\(\text{A}\)).
- Ampère (\(\text{A}\))
- Unité de mesure de l'intensité du courant électrique.
- Tension Électrique (\(U\))
- Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit, qui "pousse" le courant. Unité : Volt (\(\text{V}\)).
- Résistance Électrique (\(R\))
- Propriété d'un dipôle à s'opposer au passage du courant. Unité : Ohm (\(\Omega\)).
- Loi d'Ohm
- Relation pour un conducteur ohmique : \(U = R \times I\).
- Circuit en Série
- Montage où les dipôles sont connectés les uns à la suite des autres, formant un seul chemin pour le courant.
- Circuit en Parallèle (ou en Dérivation)
- Montage où les dipôles sont connectés de manière à offrir plusieurs chemins au courant. Les branches sont connectées aux mêmes deux points (nœuds).
- Loi d'Unicité de l'Intensité (en série)
- Dans un circuit en série, l'intensité du courant est la même en tout point.
- Loi des Nœuds (Additivité des Intensités en dérivation)
- Dans un circuit en dérivation, l'intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches dérivées.
- Ampèremètre
- Appareil de mesure de l'intensité du courant. Il se branche en série dans le circuit.
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