À propos de cette page
Ce cours de physique en quatrième sur « Tension et intensité électrique » 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 : La tension électrique : définition et unité, Le voltmètre : branchement et lecture, L'intensité électrique : définition et unité, L'ampèremètre : branchement et lecture. 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 · La tension électrique : définition et unité
2 · Le voltmètre : branchement et lecture
3 · L'intensité électrique : définition et unité
4 · L'ampèremètre : branchement et lecture
5 · La loi d'Ohm : résistance d'un dipôle
6 · Lois de la tension dans les circuits
7 · Lois de l'intensité dans les circuits
8 · Associations de résistors
1La tension électrique : définition et unité
La tension électrique (notée U) est la grandeur qui caractérise la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle représente en quelque sorte la « pression » que le générateur exerce sur les charges électriques pour les mettre en mouvement.
Définition. La tension électrique entre deux points A et B est notée UAB. Elle s'exprime en volts (symbole : V). Des sous-multiples courants sont le millivolt (mV, 1 mV = 0,001 V) et le kilovolt (kV, 1 kV = 1 000 V).
Exemples de tensions courantes :
- Pile AA (1,5 V), pile 9 V, batterie de voiture (12 V)
- Secteur électrique français : 230 V
- Ligne à haute tension : plusieurs dizaines ou centaines de kV
Astuce. La tension est une grandeur algébrique : UAB = −UBA. Si UAB = 5 V, alors UBA = −5 V.
2Le voltmètre : branchement et lecture
Le voltmètre est l'appareil de mesure de la tension électrique. Il se branche toujours en dérivation (en parallèle) aux bornes du dipôle dont on veut mesurer la tension.
Règle de branchement du voltmètre.
• La borne COM (noire) se branche côté potentiel le plus faible.
• La borne V (rouge) se branche côté potentiel le plus élevé.
• Il est branché en dérivation et possède une très grande résistance interne pour ne pas modifier le circuit.
Attention ! Ne jamais brancher un voltmètre en série : sa très grande résistance interne couperait presque totalement le courant dans le circuit.
Exemple. Pour mesurer la tension aux bornes d'un résistor R dans un circuit simple, on relie les bornes du voltmètre directement aux deux extrémités du résistor, sans ouvrir le circuit.
Un voltmètre numérique affiche directement la valeur en volts. Un voltmètre analogique nécessite de lire l'aiguille et d'appliquer le calibre choisi.
3L'intensité électrique : définition et unité
L'intensité électrique (notée I) est la grandeur qui mesure le flux de charges électriques traversant une section d'un conducteur par unité de temps. Plus l'intensité est grande, plus le courant est « fort ».
Définition. L'intensité électrique s'exprime en ampères (symbole : A). Des sous-multiples courants sont le milliampère (mA, 1 mA = 0,001 A) et le microampère (µA, 1 µA = 0,000 001 A).
Exemples d'intensités courantes :
- DEL (diode électroluminescente) : quelques mA à 20 mA
- Ampoule de bureau : quelques centaines de mA
- Radiateur électrique : plusieurs A (5 à 10 A)
- Fusible d'un circuit domestique : 16 A ou 20 A
Astuce. Le courant électrique circule, par convention, du pôle + vers le pôle − à l'extérieur du générateur. Les électrons, eux, circulent en sens inverse.
4L'ampèremètre : branchement et lecture
L'ampèremètre est l'appareil de mesure de l'intensité électrique. Il se branche toujours en série dans le circuit, de façon à ce que le courant le traverse.
Règle de branchement de l'ampèremètre.
• La borne COM (noire) se branche côté sortie du générateur (pôle −).
• La borne A (rouge) se branche côté entrée (pôle +).
• Il est branché en série et possède une très faible résistance interne pour ne pas gêner le courant.
Attention ! Ne jamais brancher un ampèremètre en dérivation directement aux bornes d'un générateur : cela provoquerait un court-circuit et l'appareil serait détruit.
Exemple. Pour mesurer l'intensité qui traverse un résistor, on ouvre le circuit au niveau du résistor et on insère l'ampèremètre en série dans la coupure créée.
5La loi d'Ohm : résistance d'un dipôle
Pour de nombreux dipôles appelés résistors (ou résistances), la tension à leurs bornes est proportionnelle à l'intensité qui les traverse. C'est la loi d'Ohm.
Loi d'Ohm. Pour un résistor de résistance R :
U = R × I
où U est en volts (V), R en ohms (Ω) et I en ampères (A).
On peut en déduire les formes dérivées :
R = U / I (résistance = tension / intensité)I = U / R (intensité = tension / résistance)
Exemple. Un résistor de 220 Ω est traversé par un courant de 50 mA = 0,05 A. La tension à ses bornes est : U = 220 × 0,05 = 11 V.
Astuce. Pour retrouver la formule, on peut utiliser le triangle : cache la grandeur cherchée, les deux autres indiquent l'opération (× si côte à côte, ÷ si l'une est au-dessus de l'autre).
6Lois de la tension dans les circuits
La tension se comporte différemment selon que les dipôles sont montés en série ou en dérivation.
Loi des tensions en série. Dans un circuit en série, la tension du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle :
Ugén = U1 + U2 + … + Un
Loi des tensions en dérivation. Dans un circuit en dérivation, la tension est la même aux bornes de tous les dipôles montés en parallèle :
U1 = U2 = … = Un
Exemple. Un générateur de 9 V alimente deux résistors R1 et R2 en série. Si U1 = 4 V, alors U2 = 9 − 4 = 5 V.
Attention ! En dérivation, la tension est identique sur toutes les branches, mais les courants se partagent. Ne pas confondre loi des tensions et loi des intensités.
7Lois de l'intensité dans les circuits
De la même façon, l'intensité se comporte différemment selon le type de montage.
Loi des intensités en série. Dans un circuit en série, l'intensité est la même en tout point du circuit :
I = I1 = I2 = … = In
Loi des intensités en dérivation. Dans un circuit en dérivation, l'intensité du circuit principal est égale à la somme des intensités dans chaque branche :
Itotal = I1 + I2 + … + In
Exemple. Un circuit parallèle alimente deux lampes. L'intensité dans la branche 1 est I1 = 0,3 A et dans la branche 2 est I2 = 0,2 A. L'intensité totale délivrée par le générateur est I = 0,3 + 0,2 = 0,5 A.
8Associations de résistors
Lorsque plusieurs résistors sont associés, on peut les remplacer par un résistor équivalent unique ayant le même effet électrique.
Association en série. La résistance équivalente est la somme des résistances :
Réq = R1 + R2 + … + Rn
Association en dérivation. L'inverse de la résistance équivalente est la somme des inverses :
1/Réq = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
Pour deux résistors en parallèle : Réq = (R1 × R2) / (R1 + R2)
Exemple 1 (série). R1 = 100 Ω et R2 = 150 Ω en série → Réq = 100 + 150 = 250 Ω.
Exemple 2 (dérivation). R1 = 60 Ω et R2 = 40 Ω en parallèle → Réq = (60 × 40) / (60 + 40) = 2400 / 100 = 24 Ω.
Astuce. En dérivation, la résistance équivalente est toujours inférieure à la plus petite des résistances. En série, elle est toujours supérieure à la plus grande.
★À retenir
À retenir :
• La tension U (en V) se mesure avec un voltmètre en dérivation.
• L'intensité I (en A) se mesure avec un ampèremètre en série.
• Loi d'Ohm : U = R × I (R en ohms Ω).
• En série : tensions s'additionnent, intensité identique partout.
• En dérivation : tension identique dans chaque branche, intensités s'additionnent.
• Réq série = R1 + R2 ; Réq dérivation = (R1 × R2) / (R1 + R2).