Collège · 6ᵉ · Physique
Électricité : le circuit électrique à une boucle
Dipôles, schéma normalisé, circuit ouvert ou fermé, conducteurs et isolants, sens du courant, DEL et règles de sécurité (programme de 6e)
À propos de cette page
Ce cours de physique en sixième sur « Électricité : le circuit électrique à une boucle » suit le programme officiel de physique de sixième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Les dipôles d'un circuit électrique, Circuit fermé, circuit ouvert, Le schéma normalisé, Conducteurs et isolants. 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 sixième à réussir en physique.
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Les dipôles d'un circuit électrique
Définitions. Un dipôle est un composant électrique qui possède deux bornes. Le générateur (pile, batterie, alimentation) fournit l'énergie électrique au circuit. Les récepteurs (lampe, moteur, DEL, buzzer) la reçoivent et la transforment en lumière, mouvement ou son.
| Dipôle | Rôle | Ses deux bornes |
|---|---|---|
| Pile | générateur : fournit l'énergie | borne + et borne − |
| Lampe | récepteur : éclaire | le culot (partie filetée) et le plot (pointe du dessous) |
| Moteur | récepteur : fait tourner un axe | deux languettes métalliques |
| DEL | récepteur : éclaire, un seul sens de passage | une patte longue (+) et une patte courte (−) |
| Interrupteur | ouvre ou ferme le circuit | deux bornes reliées ou non |
Les dipôles sont reliés entre eux par des fils de connexion : un fil de cuivre entouré d'une gaine en plastique, avec une pince ou une fiche à chaque bout.
Attention ! Un fil n'est pas un dipôle : il ne fait que conduire le courant d'un dipôle à l'autre. Une lampe qui brille, en revanche, transforme l'énergie électrique : c'est un récepteur.
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Circuit fermé, circuit ouvert
Règle. Pour qu'une lampe brille, il faut une boucle continue de conducteurs allant d'une borne de la pile à l'autre en passant par la lampe. On dit que le circuit est fermé. Dès qu'il y a une coupure quelque part sur la boucle, le circuit est ouvert : le courant ne circule plus, tout s'arrête.
- Une seule boucle : tous les dipôles sont les uns à la suite des autres (on dit aussi « en série »).
- L'interrupteur est le dipôle prévu pour ouvrir ou fermer le circuit sans débrancher de fil : fermé, il laisse passer le courant ; ouvert, il le coupe.
- Une lampe grillée (filament cassé), un fil débranché ou une pile usée ouvrent aussi le circuit.
Exemple. Une lampe posée simplement sur la pile ne brille pas : il faut qu'un fil relie une borne de la pile au culot et que le plot touche l'autre borne (ou soit relié par un second fil). Les deux bornes de la lampe doivent être dans la boucle.
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Le schéma normalisé
Pour représenter un circuit de la même façon partout dans le monde, on utilise des symboles normalisés et quelques règles de dessin.
| Dipôle | Symbole normalisé |
|---|---|
| Pile | deux traits parallèles : un long (borne +) et un court (borne −) |
| Lampe | un cercle barré d'une croix |
| Moteur | un cercle contenant la lettre M |
| DEL | un triangle barré, avec deux petites flèches qui sortent |
| Interrupteur ouvert | un trait relevé qui laisse un espace |
| Interrupteur fermé | un trait abaissé qui rejoint le fil |
| Fil de connexion | un trait droit |
Règles de dessin. On trace le circuit en forme de rectangle, à la règle, avec des fils horizontaux ou verticaux. Les symboles sont placés sur les côtés du rectangle, jamais dans les angles. On respecte l'ordre des dipôles du circuit réel.
Astuce. Un schéma n'est pas un dessin : pas de pile « en vrai », pas de fils tordus. Si ton rectangle a des angles arrondis ou des fils en diagonale, ce n'est pas un schéma normalisé.
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Conducteurs et isolants
Définitions. Un conducteur est un matériau qui laisse passer le courant électrique. Un isolant est un matériau qui ne le laisse pas passer.
Comment tester un matériau ? On réalise un circuit pile + lampe et on laisse une coupure entre deux pinces. On place l'objet à tester entre les pinces : si la lampe brille, le circuit est fermé, l'objet est conducteur ; si elle reste éteinte, l'objet est isolant.
| Conducteurs | Isolants |
|---|---|
| tous les métaux : cuivre, fer, aluminium, or, argent, zinc | plastique, caoutchouc, verre, porcelaine |
| le graphite (mine de crayon) | bois sec, papier, carton, tissu |
| l'eau salée, l'eau du robinet, le corps humain | l'air, l'eau pure (très peu conductrice) |
Exemple. Un fil de connexion est fait d'un conducteur (le cuivre, à l'intérieur) entouré d'un isolant (la gaine en plastique) : le courant passe dans le cuivre, et la gaine protège la main de l'utilisateur.
Attention ! Une gomme, une règle en plastique et une pièce de monnaie ne réagissent pas pareil : seule la pièce (métal) allume la lampe. Et le bois n'est isolant que s'il est sec : mouillé, il conduit un peu.
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Le sens du courant et la DEL
Convention. À l'extérieur du générateur, le courant électrique circule de la borne + vers la borne −. Sur un schéma, on indique ce sens par une flèche sur un fil.
| Si on retourne la pile… | Ce qui se passe |
|---|---|
| Lampe | brille exactement pareil : elle fonctionne dans les deux sens |
| Moteur | tourne toujours, mais dans l'autre sens |
| DEL | s'éteint : elle ne laisse passer le courant que dans un seul sens |
La DEL (diode électroluminescente) est donc un dipôle polarisé. Pour qu'elle brille, sa patte longue doit être du côté de la borne + de la pile. On la branche toujours avec une résistance de protection dans la boucle, sinon elle grille.
Astuce. Une DEL sert de détecteur de sens : si elle brille, on sait que le courant entre par sa patte longue, donc de quel côté est la borne + du générateur.
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La sécurité électrique
Les expériences de la classe se font avec des piles de V ou des alimentations à faible tension : elles sont sans danger. Les prises de la maison fournissent V : le courant du secteur peut tuer. Le corps humain est conducteur, surtout mouillé.
| Règle | Pourquoi |
|---|---|
| Ne jamais introduire d'objet dans une prise | un objet métallique ferait passer le courant du secteur dans le corps |
| Ne jamais toucher un appareil branché avec les mains mouillées, ni près d'une baignoire | l'eau rend la peau très conductrice |
| Ne jamais utiliser un fil dont la gaine est abîmée | le cuivre nu peut toucher la main |
| Ne jamais relier directement les deux bornes d'une pile par un fil | c'est un court-circuit : le fil et la pile chauffent très vite, risque de brûlure |
| Débrancher un appareil en tirant sur la fiche, pas sur le fil | tirer sur le fil arrache la gaine et les conducteurs |
Court-circuit. Quand un fil relie directement les deux bornes du générateur, le courant passe par ce fil sans rencontrer de récepteur : il devient très intense et tout s'échauffe. Dans une maison, le disjoncteur coupe alors automatiquement le courant.
Attention ! « Sans danger » ne veut pas dire « sans précaution » : même avec une pile, un court-circuit fait chauffer les fils et vide la pile en quelques minutes.
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Chercher une panne : la méthode
Une lampe qui ne brille pas, c'est presque toujours un circuit ouvert quelque part. On cherche la coupure un élément après l'autre.
| Symptôme | Cause probable |
|---|---|
| Rien ne fonctionne, même avec une lampe neuve | pile usée ou fil débranché |
| La lampe brille quand on la pose directement sur la pile, pas dans le circuit | coupure dans le circuit : fil, interrupteur, mauvaise pince |
| La DEL ne brille pas mais la lampe brille au même endroit | DEL branchée à l'envers |
| Les fils chauffent, la lampe reste éteinte | court-circuit : un fil relie les deux bornes de la pile |
En bref
- Un dipôle a deux bornes. Générateur (pile) = fournit l'énergie ; récepteurs (lampe, moteur, DEL) = la transforment ; l'interrupteur ouvre ou ferme.
- Circuit fermé = boucle continue de conducteurs → le courant circule. Une seule coupure → circuit ouvert, tout s'arrête.
- Schéma normalisé : rectangle à la règle, symboles sur les côtés (pile = trait long + / trait court −, lampe = cercle + croix, moteur = cercle + M, DEL = triangle + flèches).
- Conducteurs : métaux, graphite, eau salée, corps humain. Isolants : plastique, verre, bois sec, caoutchouc, air.
- Le courant va de + vers − à l'extérieur de la pile. Lampe : deux sens ; moteur : change de sens ; DEL : un seul sens (patte longue côté +).
- Sécurité : pile V sans danger, secteur V mortel ; jamais d'objet dans une prise, jamais d'eau, jamais de court-circuit.
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