Série ou Parallèle : Comment Brancher pour que ça Marche ?
Un seul chemin ou plusieurs routes pour le courant ?
Quand tu construis un circuit électrique, la manière dont tu branches les différents composants (appelés dipôles, comme les lampes, les moteurs, les résistances) est très importante. Il existe deux façons principales de les brancher : en série ou en parallèle (aussi appelé en dérivation). Ces deux types de montages ont des propriétés différentes pour le courant et la tension, et cela affecte le fonctionnement des appareils. Dans cet exercice, nous allons comparer ces deux montages.
Mission : Analyser deux circuits électriques
Informations communes aux deux circuits :
Circuit 1 : Montage en Série
Manon branche une pile, un interrupteur (fermé), et deux lampes L1 et L2 l'une après l'autre (en série).
Circuit 2 : Montage en Parallèle (Dérivation)
Manon branche une pile, un interrupteur général (fermé). Après l'interrupteur, le circuit se divise en deux branches. Une branche contient la lampe L3 et l'autre branche contient la lampe L4.
Schéma 1 : Circuit en Série
Schéma 2 : Circuit en Parallèle
Questions à résoudre
- Qu'est-ce qu'un circuit en série ? Qu'est-ce qu'un circuit en parallèle (ou en dérivation) ?
- Pour le Circuit 1 (Série) :
- Si l'interrupteur est fermé, le courant peut-il circuler ? Combien de chemins le courant a-t-il pour traverser les lampes L1 et L2 ?
- Si l'intensité du courant qui sort de la pile est \(I = 0,3 \text{ A}\), quelle est l'intensité du courant qui traverse L1 ? Et celle qui traverse L2 ?
- La tension de la pile est \(U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\). Comment cette tension se répartit-elle entre les lampes L1 et L2 (qui sont identiques) ? Quelle est la tension aux bornes de L1 (\(U_1\)) et aux bornes de L2 (\(U_2\)) ?
- Que se passe-t-il si la lampe L1 grille (le filament se casse) ? La lampe L2 continuera-t-elle de briller ? Explique.
- Pour le Circuit 2 (Parallèle) :
- Si l'interrupteur général est fermé, le courant peut-il circuler ? Combien de chemins le courant a-t-il après s'être divisé pour passer par L3 et L4 ?
- La tension de la pile est \(U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\). Quelle est la tension aux bornes de la lampe L3 (\(U_3\)) ? Et aux bornes de la lampe L4 (\(U_4\)) ?
- Si l'intensité du courant qui sort de la pile est \(I_{\text{total}} = 0,8 \text{ A}\), et que les lampes L3 et L4 sont identiques, comment cette intensité se répartit-elle dans les deux branches ? Quelle est l'intensité \(I_3\) dans L3 et \(I_4\) dans L4 ?
- Que se passe-t-il si la lampe L3 grille ? La lampe L4 continuera-t-elle de briller ? Explique.
- En comparant les deux circuits, dans quel type de montage les lampes sont-elles indépendantes les unes des autres (c'est-à-dire que si l'une grille, l'autre continue de fonctionner) ?
- Les lampes L1, L2, L3, L4 sont identiques. Dans quel circuit (série ou parallèle) les lampes brilleront-elles le plus fort, sachant qu'elles sont alimentées par la même pile de 6V ? Explique pourquoi. (Indice : pense à la tension aux bornes de chaque lampe).
Correction : Série ou Parallèle ?
Question 1 : Définitions
Réponse :
Un circuit en série est un montage où les dipôles (composants) sont branchés les uns à la suite des autres, formant une seule boucle pour le courant électrique.
Un circuit en parallèle (ou en dérivation) est un montage où les dipôles sont branchés sur des branches différentes. Le courant se divise pour passer dans chaque branche, puis se rejoint. Chaque dipôle est connecté indépendamment à la source de tension.
Question 2 : Circuit 1 (Série)
Réponse a) Circulation du courant :
Oui, si l'interrupteur est fermé, le courant peut circuler. Il n'y a qu'un seul chemin (une seule boucle) pour que le courant traverse les lampes L1 et L2.
Réponse b) Intensité du courant :
Dans un circuit en série, l'intensité du courant est la même en tout point du circuit. Donc, si \(I = 0,3 \text{ A}\) sort de la pile :
\(I_1 = 0,3 \text{ A}\) et \(I_2 = 0,3 \text{ A}\).
Réponse c) Tension aux bornes des lampes :
Dans un circuit en série, la tension de la pile se partage entre les différents dipôles. Comme les lampes L1 et L2 sont identiques, elles se partagent la tension de manière égale :
La tension aux bornes de L1 est \(U_1 = 3 \text{ V}\) et aux bornes de L2 est \(U_2 = 3 \text{ V}\).
(Loi d'additivité des tensions : \(U_{\text{pile}} = U_1 + U_2\))
Réponse d) Lampe L1 grille :
Si la lampe L1 grille, son filament se casse. Le circuit est alors ouvert. Comme il n'y a qu'un seul chemin pour le courant, celui-ci ne peut plus circuler.
La lampe L2 s'éteindra également.
Question 3 : Circuit 2 (Parallèle)
Réponse a) Circulation du courant :
Oui, si l'interrupteur général est fermé, le courant peut circuler. Après l'interrupteur, le courant se divise et a deux chemins possibles : un chemin passant par L3 et un autre chemin passant par L4.
Réponse b) Tension aux bornes des lampes :
Dans un circuit en parallèle, la tension aux bornes de chaque branche est la même et est égale à la tension de la pile.
Donc, \(U_3 = U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\) et \(U_4 = U_{\text{pile}} = 6 \text{ V}\).
Réponse c) Intensité du courant dans les branches :
Dans un circuit en parallèle, le courant issu de la pile se partage entre les différentes branches. Si les lampes L3 et L4 sont identiques, le courant se partagera de manière égale :
L'intensité dans L3 est \(I_3 = 0,4 \text{ A}\) et dans L4 est \(I_4 = 0,4 \text{ A}\).
(Loi d'additivité des intensités dans les nœuds : \(I_{\text{total}} = I_3 + I_4\))
Réponse d) Lampe L3 grille :
Si la lampe L3 grille, la branche contenant L3 devient un circuit ouvert. Cependant, le courant peut toujours circuler dans l'autre branche contenant L4, car cette branche est indépendante.
La lampe L4 continuera de briller (et le courant total fourni par la pile diminuera).
Quiz Intermédiaire 1 : Dans un circuit en série, si on ajoute une troisième lampe identique aux deux premières :
Question 4 : Indépendance des lampes
Réponse :
Les lampes sont indépendantes les unes des autres dans le circuit en parallèle (Circuit 2). Si une lampe grille, l'autre continue de fonctionner car le courant peut toujours passer par l'autre branche.
Question 5 : Luminosité des lampes
Réponse :
La luminosité d'une lampe dépend principalement de la tension à ses bornes (et de l'intensité qui la traverse, liée à sa puissance).
Les lampes brilleront plus fort dans le circuit en parallèle (Circuit 2) car elles sont soumises à une tension plus élevée (\(6 \text{ V}\) chacune) que dans le circuit en série (\(3 \text{ V}\) chacune).
Quiz Intermédiaire 2 : La tension aux bornes d'un générateur (pile) dans un circuit fermé :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Dans un circuit en série, l'intensité du courant :
2. Dans un circuit en parallèle, la tension aux bornes de chaque dipôle branché en dérivation :
3. Si une lampe grille dans un circuit où plusieurs lampes sont montées en parallèle :
Glossaire
- Circuit électrique
- Chemin fermé permettant la circulation du courant électrique, composé d'un générateur et de récepteurs reliés par des fils conducteurs.
- Dipôle
- Composant électrique possédant deux bornes (ex: pile, lampe, interrupteur, moteur, résistance).
- Générateur
- Dipôle qui fournit l'énergie électrique au circuit (ex: pile, batterie).
- Récepteur
- Dipôle qui reçoit l'énergie électrique et la transforme en une autre forme d'énergie (ex: lampe en lumière, moteur en mouvement).
- Circuit en Série
- Montage où les dipôles sont connectés les uns à la suite des autres, formant une seule boucle de courant.
- Circuit en Parallèle (ou en Dérivation)
- Montage où les dipôles sont connectés sur des branches distinctes, reliées aux bornes du générateur. Le courant se divise pour passer dans chaque branche.
- Tension Électrique (\(U\))
- Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Unité : Volt (V).
- Intensité du Courant Électrique (\(I\))
- Débit de charges électriques dans un circuit. Unité : Ampère (A).
- Loi d'Unicité de l'Intensité (circuit série)
- Dans un circuit en série, l'intensité du courant est la même en tout point.
- Loi d'Additivité des Tensions (circuit série)
- Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs.
- Loi d'Unicité de la Tension (circuit parallèle)
- Dans un circuit en parallèle, la tension est la même aux bornes de chaque branche (et égale à celle du générateur si les branches sont directement connectées à lui).
- Loi d'Additivité des Intensités (ou Loi des Nœuds, circuit parallèle)
- Dans un circuit en parallèle, l'intensité du courant dans la branche principale (issue du générateur) est égale à la somme des intensités des courants dans les branches dérivées.
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