Lois de la tension dans les circuits électriques (série et dérivation)
La Tension Électrique : une Différence à Mesurer
En électricité, la tension est une grandeur qui représente la "force" ou la "pression" avec laquelle le courant est poussé par le générateur (la pile). Elle se mesure en volts (V) avec un voltmètre. Contrairement à l'intensité qui circule dans le circuit, la tension se mesure entre deux points d'un circuit. Les lois qui régissent la tension sont différentes selon que le circuit est en série ou en dérivation.
Mesures de Tension dans deux circuits
Circuit 1 : Série
Circuit 2 : Dérivation
Questions à traiter
- Dans le Circuit 1 (en série), les deux lampes sont identiques. Elles vont donc se "partager" la tension du générateur. Quelle est, à ton avis, la valeur de la tension U1 aux bornes de la lampe L1 et de la tension U2 aux bornes de la lampe L2 ?
- Calcule la somme des tensions U1 + U2. Que remarques-tu en la comparant à la tension UG du générateur ? Énonce la loi des tensions pour un circuit en série.
- Dans le Circuit 2 (en dérivation), les lampes sont branchées directement aux bornes du générateur. En observant le montage, quelle devrait être la valeur de la tension U1 aux bornes de L1 ? Et la valeur de la tension U2 aux bornes de L2 ?
- Que remarques-tu en comparant les tensions UG, U1 et U2 ? Énonce la loi des tensions pour un circuit en dérivation.
Simulation : Mesure les Tensions
Choisis un circuit et observe les valeurs affichées par les voltmètres.
La simulation montre les voltmètres branchés aux bornes de chaque dipôle.
Correction : Lois de la tension dans les circuits électriques (série et dérivation)
Question 1 : Prédiction des tensions dans le circuit en série
Principe :
Dans un circuit en série, le générateur fournit une "énergie" (tension) totale qui est partagée entre tous les récepteurs (ici, les lampes). Si les récepteurs sont identiques, ils se partagent équitablement la tension.
Réponse :
Le générateur fournit une tension totale de 6 V. Comme les deux lampes sont identiques et en série, elles vont se partager cette tension en deux parts égales.
Question 2 : Loi d'additivité des tensions (circuit série)
Calcul :
On additionne les tensions U1 et U2 que nous avons trouvées :
Comparaison et Loi :
On remarque que la somme des tensions aux bornes des lampes (6 V) est égale à la tension aux bornes du générateur (UG = 6 V).
Ceci illustre la loi d'additivité des tensions (aussi appelée loi des mailles) : dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles.
Quiz Intermédiaire 1 : Dans un circuit en série avec une pile de 9 V et deux lampes, si la tension aux bornes de la première lampe est de 4 V, quelle est la tension aux bornes de la deuxième ?
Question 3 : Prédiction des tensions dans le circuit en dérivation
Principe :
Dans un circuit en dérivation, chaque boucle (ou branche dérivée) est directement connectée aux bornes du générateur. Chaque branche reçoit donc la "totalité" de la tension du générateur.
Réponse :
La lampe L1 est branchée directement entre les deux bornes de la pile. La tension à ses bornes U1 devrait donc être la même que celle de la pile.
De la même manière, la lampe L2 est branchée aux bornes de la pile. La tension à ses bornes U2 devrait aussi être la même que celle de la pile.
Donc, on s'attend à mesurer :
Question 4 : Loi d'unicité de la tension (circuit dérivation)
Comparaison et Loi :
On remarque que la tension aux bornes de chaque lampe est la même, et qu'elle est égale à la tension aux bornes du générateur.
Ceci illustre la loi d'unicité de la tension : dans un circuit en dérivation, la tension est la même aux bornes de chaque branche.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La loi d'additivité des tensions s'applique aux circuits...
2. Un voltmètre se branche toujours :
3. Une guirlande de Noël a ses lampes branchées en série avec une tension totale de 230 V. Si une seule lampe grille et coupe le circuit, que se passe-t-il ?
Glossaire
- Tension électrique (U)
- Grandeur qui représente la "différence d'état électrique" entre deux points d'un circuit. Elle est responsable de la circulation du courant. Son unité est le volt (V).
- Volt (V)
- Unité de mesure de la tension électrique.
- Voltmètre
- Appareil de mesure de la tension électrique. Il se branche toujours en dérivation aux bornes du dipôle dont on veut mesurer la tension.
- Circuit en série
- Circuit électrique qui ne comporte qu'une seule boucle.
- Circuit en dérivation
- Circuit électrique qui comporte plusieurs boucles (ou branches).
- Loi d'additivité des tensions
- Dans un circuit en série, la tension du générateur est égale à la somme des tensions de tous les autres dipôles du circuit.
- Loi d'unicité de la tension
- Dans un circuit en dérivation, la tension est la même aux bornes de chaque branche.
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