Ressources · 6ᵉ · Physique
Électricité : le circuit électrique à une boucle
Générateur, récepteurs et interrupteur ; circuit fermé ou ouvert, une seule boucle où l’ordre ne compte pas ; conducteurs et isolants ; sens du courant et DEL ; moteur, photopile et capteurs ; pannes et sécurité ; symboles et schéma normalisé
À propos de cette page
Prévoir si un circuit à une boucle fonctionne
Une lampe de poche, un ventilateur à pile, une guirlande : tous ces objets contiennent un circuit électrique. Dans ce chapitre, tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres, en une seule boucle.
• Un récepteur fonctionne seulement si le circuit forme une boucle fermée de conducteurs, d’une borne de la pile à l’autre, en passant par ses deux bornes.
• Une seule coupure n’importe où (interrupteur ouvert, fil débranché, lampe grillée, objet isolant) : le circuit est ouvert et plus rien ne fonctionne dans la boucle.
• Le courant circule dans toute la boucle ; il ne s’use pas en traversant un récepteur. L’ordre des dipôles ne change donc rien.
Les dipôles et leurs bornes
| Dipôle | Rôle | Ses deux bornes |
|---|---|---|
| Pile | générateur | 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, dans un seul sens | une patte longue et une patte courte |
| Interrupteur | ouvre ou ferme le circuit | deux bornes, reliées ou non |
Un fil de connexion est un fil de cuivre (conducteur) entouré d’une gaine en plastique (isolant) : le courant passe dans le cuivre, la gaine protège la main.
Circuit fermé, circuit ouvert
L’interrupteur sert à ouvrir ou fermer le circuit sans débrancher de fil. Une lampe dont une seule borne touche la pile ne brille pas : ses deux bornes (culot et plot) doivent être chacune reliée à une borne de la pile.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « si j’échange la lampe et le moteur, rien ne changera ». Je teste en échangeant leurs places. J’observe : la lampe brille autant, le moteur tourne pareil. Je conclus : dans un circuit à une boucle, l’ordre des dipôles ne compte pas.
Conducteurs et isolants
Un conducteur est un matériau qui laisse passer le courant électrique ; un isolant ne le laisse pas passer. Pour tester un matériau, on laisse une coupure entre deux pinces et on y place l’objet : si la lampe brille, l’objet a fermé la boucle, il est conducteur.
| Conducteurs | Isolants |
|---|---|
| tous les métaux : cuivre, fer, aluminium, or, argent, zinc | plastique, caoutchouc, verre, porcelaine |
| le graphite (mine de crayon), qui n’est pas un métal | bois sec, liège, papier, carton, tissu |
| l’eau salée, l’eau du robinet, le corps humain | l’air ; l’eau pure conduit très mal |
Être conducteur ou isolant est une propriété du matériau, comme être magnétique ou non (voir la chimie). Le bois n’est isolant que sec : mouillé, il conduit un peu.
Le sens du courant et la DEL
Par convention, à l’extérieur de la pile, le courant circule de la borne + vers la borne −. Si l’on retourne la pile : la lampe brille pareil (elle fonctionne dans les deux sens) ; le moteur tourne dans l’autre sens ; la DEL s’éteint.
La DEL (diode électroluminescente) ne laisse passer le courant que dans un seul sens, le sens passant : sa patte longue doit être du côté de la borne + de la pile. On la branche toujours avec une résistance de protection, sinon elle grille. Une DEL à l’envers bloque le courant dans toute la boucle : les autres récepteurs s’arrêtent aussi. Et même dans le bon sens, la DEL et sa résistance ne laissent passer qu’un courant faible : une lampe placée dans la même boucle brille à peine, ou pas du tout, et un moteur ne démarre pas. On étudie donc la DEL seule, avec sa résistance.
Moteur, photopile et capteurs
Le moteur convertit l’énergie électrique en mouvement. La photopile (cellule photovoltaïque) est un générateur qui convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique : un moteur relié à une photopile tourne quand elle est éclairée et s’arrête dans le noir.
Un capteur détecte une information et ouvre ou ferme le circuit tout seul, comme un interrupteur automatique : capteur de lumière (l’éclairage public s’allume quand la nuit tombe), capteur de température (le chauffage s’arrête quand la pièce est assez chaude), détecteur de mouvement (la lumière d’un couloir s’allume quand on passe).
Chercher une panne
Une lampe qui ne brille pas, c’est presque toujours une coupure quelque part. On change un seul élément à la fois.
| Ce que j’observe | Cause probable |
|---|---|
| Rien ne fonctionne, même avec une lampe neuve | pile usée ou fil débranché |
| La lampe brille branchée directement sur la pile, mais pas dans le circuit | coupure dans le circuit : fil, pince, interrupteur |
| La DEL reste éteinte ; retournée, elle brille | DEL branchée à l’envers |
| Les fils chauffent, la lampe reste éteinte | court-circuit : un fil relie les deux bornes de la pile |
La sécurité électrique
Un fil seul entre les deux bornes de la pile est un court-circuit : sans récepteur, le courant devient très intense, le fil et la pile chauffent très vite (risque de brûlure). Les piles de la classe sont sans danger pour le corps, mais les prises de la maison (230 V) peuvent tuer : le corps humain est conducteur, encore plus mouillé.
- Ne jamais introduire d’objet dans une prise.
- Ne jamais toucher un appareil branché avec les mains mouillées, ni l’utiliser près d’une baignoire ou d’un lavabo plein.
- Ne jamais utiliser un fil dont la gaine est abîmée.
- Ne jamais ouvrir un appareil branché ; avant de changer une ampoule, on coupe le courant.
- Débrancher en tirant sur la fiche, pas sur le fil.
Prévoir. Pile, interrupteur fermé, lampe et moteur en une boucle ; on dévisse la lampe. Le moteur s’arrête : la boucle est ouverte à l’endroit de la lampe.
Matériau. Entre les pinces, une pièce de monnaie fait briller la lampe (métal : conducteur) ; une gomme ne la fait pas briller (isolant).
DEL. Pile, interrupteur fermé, résistance et DEL : la DEL reste éteinte. Je prévois : son triangle pointe contre le sens du courant, elle est à l’envers. Je retourne la DEL : elle brille.
Réflexe — pour prévoir si un récepteur fonctionne, je suis la boucle avec le doigt depuis la borne + jusqu’à la borne − : y a-t-il une coupure, un isolant, une DEL à l’envers ?
Attention — une seule coupure suffit à tout arrêter : dans une boucle, il n’y a pas de récepteur qui « marche quand même ». Et une lampe éteinte n’est pas forcément grillée : on cherche la panne un élément à la fois.
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Le schéma normalisé
Pour représenter un circuit de la même façon partout dans le monde, on dessine un schéma normalisé : chaque dipôle a son symbole.
• Le schéma se trace à la règle, en forme de rectangle : fils horizontaux ou verticaux, symboles placés sur les côtés, jamais dans les angles.
• On respecte l’ordre des dipôles du montage réel et l’état de l’interrupteur (ouvert ou fermé).
• Le sens du courant s’indique par une flèche sur un fil : elle part du côté de la borne + (le trait long de la pile).
| Dipôle | Symbole | À retenir |
|---|---|---|
| Pile | un trait long (borne +) et un trait court plus épais (borne −) | |
| Lampe | un cercle barré d’une croix | |
| Moteur | un cercle contenant la lettre M | |
| DEL | un triangle et une barre, avec deux petites flèches qui sortent (la lumière) | |
| Interrupteur ouvert | un trait relevé qui laisse un espace | |
| Interrupteur fermé | un trait qui rejoint l’autre borne | |
| Résistance | un rectangle | |
| Fil de connexion | un trait droit, horizontal ou vertical |
Du montage au schéma
Je pars de la borne + de la pile et je suis les fils : je dessine chaque dipôle rencontré, dans le même ordre, sur les côtés du rectangle, jusqu’à revenir à la borne −.
Montage : pile, puis interrupteur fermé, puis moteur, puis lampe. La flèche indique le sens du courant, depuis le trait long (+).
Du schéma au montage
Je lis le schéma dans l’ordre, depuis la borne + : je branche chaque dipôle avec deux fils, en vérifiant que ses deux bornes sont dans la boucle. Puis je prévois avec la partie 1 : la boucle est-elle fermée ? La DEL est-elle dans le sens passant ?
Ici, le trait long (+) est en bas. En partant de la borne +, on rencontre d’abord le moteur, puis l’interrupteur… qui est ouvert : la boucle est coupée, la lampe ne brille pas et le moteur ne tourne pas.
Un camarade dessine une pile « en vrai », avec des fils courbes : ce n’est pas un schéma normalisé. On redessine un rectangle à la règle, avec les symboles.
Sur un schéma, on compte les dipôles en comptant les symboles, pile comprise ; les fils ne se comptent pas.
Sur le symbole de la DEL, le triangle pointe dans le sens où le courant peut passer : s’il pointe vers la borne − en suivant le fil, la DEL est dans le sens passant.
Réflexe — je repère d’abord le trait long de la pile (+), puis je fais le tour du rectangle dans le sens du courant en nommant chaque symbole.
Attention — les deux traits de la pile n’ont pas la même longueur : c’est ce qui indique la borne +. Un schéma n’est pas un dessin : pas de fils en diagonale, pas de symbole dans un angle.
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Pour aller plus loin
Deux boucles ou plus : le circuit en dérivation. Quand un circuit comporte plusieurs boucles, une lampe peut briller alors qu’une autre est éteinte. Ces circuits se verront au cycle 4 : voir le chapitre « Circuit en série et en dérivation ».
Mesurer l’électricité. L’intensité du courant (en ampères) et la tension (en volts) se mesurent avec des appareils au cycle 4 : voir « Tension et intensité ». En 6ᵉ, on retient seulement que la prise de la maison (230 V) est dangereuse, contrairement aux piles de la classe.
Énergie. La pile, la photopile, la lampe et le moteur sont des convertisseurs d’énergie : la chaîne d’énergie complète se trouve dans le chapitre « Énergie : formes, conversions et ressources ».
- Générateur (pile, photopile) : fournit l’énergie électrique ; récepteurs (lampe, moteur, DEL) : la convertissent ; interrupteur : ouvre ou ferme le circuit.
- Un récepteur fonctionne si la boucle est fermée ; une seule coupure ouvre le circuit et tout s’arrête. Dans une boucle unique, l’ordre des dipôles ne change rien.
- Conducteurs : métaux, graphite, eau salée, corps humain. Isolants : plastique, verre, caoutchouc, bois sec, air.
- Le courant va de la borne + vers la borne − ; la DEL ne brille que dans le sens passant (patte longue côté +), avec une résistance de protection.
- Sécurité : jamais de fil seul entre les bornes d’une pile (court-circuit) ; la prise de la maison (230 V) peut tuer, surtout avec de l’eau.
- Schéma normalisé : rectangle à la règle, symboles sur les côtés dans l’ordre du montage ; trait long de la pile = borne +.
Questions fréquentes
Quand une lampe brille-t-elle dans un circuit électrique ?
Quand le circuit forme une boucle fermée de conducteurs, d’une borne de la pile à l’autre, en passant par les deux bornes de la lampe (culot et plot). Une seule coupure (interrupteur ouvert, fil débranché, lampe grillée, objet isolant) ouvre le circuit : plus rien ne fonctionne dans la boucle.
L’ordre des dipôles compte-t-il dans un circuit à une boucle ?
Non. Le courant circule dans toute la boucle et ne s’use pas en traversant un récepteur : si l’on échange la lampe et le moteur, la lampe brille autant et le moteur tourne pareil. On le prévoit, puis on le vérifie en classe.
Quelle est la différence entre un conducteur et un isolant ?
Un conducteur laisse passer le courant électrique (tous les métaux, le graphite, l’eau salée, le corps humain) ; un isolant ne le laisse pas passer (plastique, verre, caoutchouc, bois sec, air). On le teste en plaçant l’objet entre deux pinces d’un circuit ouvert : s’il est conducteur, la lampe brille.
Pourquoi une DEL ne s’allume-t-elle pas quand on retourne la pile ?
La DEL ne laisse passer le courant que dans un sens, le sens passant : sa patte longue doit être du côté de la borne +. À l’envers, elle bloque le courant dans toute la boucle. Une lampe, elle, brille dans les deux sens, et un moteur tourne dans l’autre sens.
Comment dessiner le schéma normalisé d’un circuit ?
On trace à la règle un rectangle aux fils horizontaux ou verticaux, on place les symboles normalisés sur les côtés (jamais dans les angles) dans l’ordre du montage : pile (trait long +, trait court −), lampe (cercle et croix), moteur (cercle et M), DEL (triangle, barre et flèches), interrupteur ouvert ou fermé.
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