À propos de cette page
Ce cours de physique en quatrième sur « Électricité : circuits en série et en dérivation » suit le programme officiel de physique de quatrième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Les dipôles électriques, Le circuit en série, Le circuit en dérivation, Les nœuds et les branches. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième à réussir en physique.
Au programme
1 · Les dipôles électriques
2 · Le circuit en série
3 · Le circuit en dérivation
4 · Les nœuds et les branches
5 · La loi des nœuds (intensité)
6 · La tension dans les circuits
7 · Comparaison série / dérivation et applications
1Les dipôles électriques
Un dipôle est un composant électrique possédant deux bornes (deux points de connexion). Les dipôles se répartissent en deux grandes familles :
- Dipôles générateurs : ils fournissent de l'énergie électrique. Exemples : pile, batterie, générateur, panneau solaire.
- Dipôles récepteurs : ils consomment de l'énergie électrique et la convertissent. Exemples : lampe, moteur, résistance, DEL (diode électroluminescente).
Définition. Un dipôle est un composant électrique à deux bornes. Sur un schéma de circuit, chaque dipôle est représenté par un symbole normalisé (symbole IEC).
| Dipôle | Symbole schématique |
|---|
| Pile ou générateur | Deux traits perpendiculaires (court et long) |
| Lampe (ampoule) | Cercle avec une croix à l'intérieur |
| Interrupteur ouvert | Trait oblique entre deux points |
| Résistance | Rectangle |
| DEL | Triangle + flèches vers l'extérieur |
Astuce. Dans un schéma de circuit, les fils sont représentés par des traits droits horizontaux ou verticaux. On ne dessine pas les fils en diagonale dans un schéma normalisé.
2Le circuit en série
Dans un circuit en série, tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres, formant une boucle unique. Le courant électrique n'a qu'un seul chemin possible pour circuler.
Définition. Un circuit est dit en série (ou « montage série ») lorsque ses composants sont disposés sur une seule et unique boucle, sans embranchement.
Propriétés fondamentales d'un circuit en série :
- L'intensité du courant est la même en tout point du circuit : I1 = I2 = I3 = …
- Si un dipôle est retiré ou défaillant, le circuit est ouvert et aucun autre dipôle ne fonctionne.
Exemple. Les guirlandes de Noël à l'ancienne étaient montées en série : quand une ampoule grillait, toute la guirlande s'éteignait.
Attention ! Ne pas confondre « le courant est le même partout » avec « la tension est la même partout » : la tension se partage entre les dipôles en série.
3Le circuit en dérivation
Dans un circuit en dérivation (ou « montage parallèle »), les dipôles sont branchés entre deux points communs appelés nœuds. Il existe plusieurs chemins possibles pour le courant.
Définition. Un circuit est dit en dérivation lorsque ses composants forment des branches parallèles reliées aux mêmes nœuds. Chaque branche reçoit la même tension que le générateur.
Propriétés fondamentales d'un circuit en dérivation :
- La tension aux bornes de chaque branche est égale à la tension du générateur.
- Si un dipôle d'une branche est retiré ou tombe en panne, les autres branches continuent de fonctionner.
- L'intensité totale débitée par le générateur est plus grande que dans chaque branche.
Exemple. Les prises électriques d'une maison sont branchées en dérivation : si une lampe est éteinte, les autres appareils continuent de fonctionner.
Astuce. Pour reconnaître une dérivation sur un schéma, cherche les embranchements (nœuds) où le fil se divise en plusieurs fils.
4Les nœuds et les branches
Pour analyser un circuit, on identifie ses nœuds et ses branches.
Définition. Un nœud est un point du circuit où se rejoignent ou se séparent au moins trois fils. Une branche est la portion de circuit comprise entre deux nœuds consécutifs.
Comment repérer les nœuds :
- Repère les points où trois fils ou plus se rencontrent.
- Les nœuds délimitent les différentes branches du circuit.
Exemple. Dans un circuit avec deux lampes en dérivation, il y a deux nœuds (le point de séparation du courant et le point de réunion) et trois branches : la branche de la lampe 1, la branche de la lampe 2, et la branche du générateur.
Attention ! Un simple coude dans un fil ne constitue pas un nœud. Un nœud nécessite impérativement trois connexions ou plus.
5La loi des nœuds (intensité)
La loi des nœuds est la règle fondamentale qui régit la distribution de l'intensité dans les circuits en dérivation.
Loi des nœuds. En tout nœud d'un circuit électrique, la somme des intensités qui entrent est égale à la somme des intensités qui sortent :
Ientrée = Isortie 1 + Isortie 2 + …
Cette loi traduit la conservation de la charge électrique : les électrons ne s'accumulent pas aux nœuds, ils se répartissent dans les différentes branches.
Exemple. Dans un circuit avec deux lampes en dérivation : si l'intensité dans la branche principale vaut I = 600 mA et que la lampe L1 reçoit I1 = 250 mA, alors la lampe L2 reçoit I2 = 600 − 250 = 350 mA.
Astuce. Pour retenir la loi des nœuds, imagine un carrefour routier : toutes les voitures qui entrent dans le carrefour doivent en ressortir. Aucune voiture ne disparaît ni n'apparaît au carrefour.
6La tension dans les circuits
La tension électrique se comporte différemment selon le type de montage.
| Type de circuit | Tension | Intensité |
|---|
| Série | U = U1 + U2 + … (se partage) | I identique partout |
| Dérivation | U identique pour chaque branche | I = I1 + I2 + … (se partage) |
Règle. Dans un circuit en dérivation, la tension aux bornes de chaque branche est égale à la tension aux bornes du générateur : U = UL1 = UL2.
La tension se mesure en volts (V) avec un voltmètre branché en dérivation (aux bornes du dipôle mesuré). L'intensité se mesure en ampères (A) avec un ampèremètre branché en série (intercalé dans le circuit).
Attention ! Ne jamais brancher un ampèremètre en dérivation : cela provoquerait un court-circuit et pourrait détériorer l'appareil.
7Comparaison série / dérivation et applications
Voici un tableau récapitulatif des deux types de montage :
| Critère | Circuit série | Circuit dérivation |
|---|
| Nombre de boucles | Une seule | Plusieurs |
| Nœuds | Aucun | Au moins 2 |
| Panne d'un dipôle | Tout s'arrête | Les autres fonctionnent |
| Tension aux bornes | Se partage | Identique pour chaque branche |
| Intensité | Identique partout | Se partage aux nœuds |
| Application courante | Anciennes guirlandes | Installations domestiques |
Applications pratiques :
- Maisons et bâtiments : toutes les installations électriques sont en dérivation pour assurer l'indépendance des appareils.
- Circuits de protection : les fusibles et disjoncteurs sont toujours placés en série pour couper le circuit en cas de surcharge.
Astuce. Pour lire un schéma de circuit complexe, commence par identifier les nœuds. S'il n'y a pas de nœud, c'est un circuit série. S'il y a des nœuds, il y a au moins une dérivation.
★À retenir
À retenir :
• Un dipôle est un composant à deux bornes (générateur ou récepteur).
• Circuit en série : une seule boucle, même intensité partout, la tension se partage ; si un dipôle lâche, tout s'arrête.
• Circuit en dérivation : plusieurs branches, même tension pour chaque branche, l'intensité se partage aux nœuds ; une panne n'affecte pas les autres branches.
• Nœud : point où se rejoignent/séparent au moins 3 fils.
• Loi des nœuds : Ientrée = Isortie 1 + Isortie 2 (conservation de la charge).
• Voltmètre → en dérivation ; Ampèremètre → en série.