Chapitre 2 Electricit Cinquime

Chapitre 2

ASSOCIATION DE LAMPES

Comment se fait-il que lorsquune lampe grille dans certaines guirlandes de Nol, toute la guirlande steint alors que dans dautres guirlandes, les autres lampes fonctionnent toujours?

Rponse: une guirlande de Nol peut tre ralise de deux faons diffrentes: en srie ou en drivation. Ce nest que dans les circuits en drivation, que les autres lampes continuent fonctionner quand une lampe grille. Nous verrons pourquoi aprs avoir vu comment adapter une lampe une pile.I ) Adapter une lampe une pile (Voir livre p 26)

Quelle lampe utiliser avec un gnrateurpour quelle brille normalement ?

Vous avez constat, dans le chapitre 1, que sur chaque lampe et sur chaque gnrateur figuraient des indications. Ces indications peuvent-elles nous aider choisir une lampe adapte au gnrateur, cest dire qui fonctionnera correctement quand elle sera place seule dans un circuit aliment par ce gnrateur?

Pour rpondre cette question vous allez faire un certain nombre de manipulations.

1. Protocole Exprimental : Dans chaque circuit il y aura un gnrateur, une lampe et un interrupteur. Vous raliserez plusieurs circuits en changeant la lampe ou le gnrateur et en faisant les associations indiques dans le tableau ci-dessous. (Appelez le professeur pour faire vrifier votre circuit avant de faire passer le courant.)

2. Mesures : Vous prciserez ensuite dans chaque case du tableau comment brille la lampe. (ne brille pas, trs faiblement, faiblement, normalement, beaucoup, trs fortement)

lampe

Pile ronde

1,5 VPile plate

4,5 VAlimentation collge

6V

Lampe 3,5 V

Lampe 6 V

3. Exploitation des expriences : Regardez attentivement les indications du tableau . Compltez les phrases ci-dessous.

La lampe brille faiblement quand la tension fournie par le gnrateur est infrieure la tension indique sur le culot de la lampe. Alors la lampe fonctionne mal.

La lampe brille normalement quand la tension fournie par le gnrateur est gale la tension indique sur le culot de la lampe. Alors la lampe fonctionne bien.

La lampe brille fortement quand la tension fournie par le gnrateur est suprieure la tension indique sur le culot de la lampe. Alors la lampe risque d'tre dtriore.

4. Conclusion : Les indications inscrites sur le culot de la lampe sont appele :

Tension d'usage ou tension nominale pour l'indication en volts (V)

Intensit d'usage ou intensit nominale pour l'indication en ampres (A)

Nous ne nous intresserons cette anne qu' la tension nominale.

Une lampe est caractrise par sa tension nominale.

Pour quune lampe, branche sur un gnrateur, fonctionne normalement, il faut qu'elle soit alimente sous une tension proche de sa tension nominale

Une lampe risque d'tre dtriore si la tension du gnrateur est suprieure sa tension nominale. On dit alors qu'elle est en surtension.

Une lampe fonctionne mal si la tension du gnrateur est infrieure sa tension nominale. On dit alors qu'elle est en sous-tension.

II ) Le montage en srie (Voir livre p 27).

Dans les circuits ne comprenant quune lampe, il ny a quune seule faon de placer celle-ci. Par contre, avec deux lampes, on peut raliser deux types de circuit. Le plus simple est ralis en plaant les deux lampes lune la suite de lautre: le circuit est en srie.

1. Montage en srie de lampes identiques (lampes 6V-0,1A) : Des diples sont associs en srie lorsque le circuit est constitu d'une seule boucle.

Dessine ici les circuits des figures 5 et 6 de la page 27 :

Observations et interprtation :

Raliser le montage correspondant au schma 1 ci-dessus et vrifier son fonctionnement.Les deux lampes brillent du mme clat mais elle brille moins que s'il n'y avait qu'une lampe dans le circuit. On dirait que les lampes se partagent la tension.

( Dvisser une des lampes.Observations et interprtation :

Lorsque l'on dvisse une lampe, l'autre lampe ne brille plus car on a insr un isolant (l'air). Le circuit est ouvert et le courant ne circule plus.

( Raliser le montage correspondant au schma 2 ci-dessus.Observations et interprtation :

Avec trois lampes en srie (c'est dire trois lampes la suite l'une de l'autre) les lampes brillent encore moins bien car la tension est rpartie entre trois lampes au lieu de deux.

2. Montage en srie de 2 lampes diffrentes (une lampe 6V-0,1A et une lampe 2,5V-0,1A) : Refaire le montage correspondant au schma 1 en changeant une des lampes et vrifier son fonctionnement.Observation:

Le courant qui circule dans le circuit suffit pour le fonctionnement dune lampe (elle est adapte) mais ne suffit pas pour le fonctionnement de l'autre (elle est en sous-tension).

Que se passe-t-il si on change la place d'un des diples ?Hypothse:

On peut supposer que le fait de changer la place d'un des diples ne changera pas l'clat des lampes.

Ou, on peut supposer que le fait de changer la place d'un des diples changera l'clat des lampes.

Vrifier exprimentalement votre hypothse.Conclusion:

Aprs avoir permut les deux lampes, on constate que l'hypothse 1 est la bonne.

Chaque lampe brille de la mme faon quel que soit lordre de montage

Dans un circuit srie, lordre de montage des diples rcepteurs ne modifie pas leur fonctionnement.

3. Conclusion sur les montages en srie : Dans un circuit en srie, les diples sont placs la suite les uns des autres.

La tension du gnrateur est rpartie entre tous les diples rcepteurs. (Donc plus il y a de lampes, moins la puissance lumineuse de chacune est leve.) Si une lampe ne fonctionne plus, le courant ne circule plus.

L'ordre de montage des diples rcepteurs ne modifie pas leur fonctionnement.Ces proprits peuvent constituer un avantage dans le cas des guirlandes lectriques car on peut diviser prcisment la tension lectrique fournie par la prise du secteur entre les ampoules identiques de la guirlande. Aucun dispositif pour rgler cette tension nest alors ncessaire et le prix est donc moindre.

Par contre, si on dvisse une ampoule de ces circuits en srie, toutes les autres cessent de fonctionner. Une ampoule retire ou casse constituant une ouverture dans le circuit, le courant ne peut plus circuler.

Cette proprit est trs gnante dans les guirlandes lectriques en srie car il suffit dune seule ampoule casse pour que lensemble de la guirlande ne fonctionne plus. Il est en plus assez difficile de dterminer quelle est la responsable car il faut les tester une par une ( laide dune pile et aprs avoir dbranch la guirlande de la prise de courant).

III ) Le montage en drivation (Voir livre p 28).

Il est galement possible de relier chaque lampe la pile avec ses propres fils en crant ainsi deux circuits drivs: cest le montage en drivation. Ce dernier peut sembler plus compliqu que le montage en srie, mais les deux types de circuits prsentent leurs avantages et leurs inconvnients. Nous venons de voir ceux des circuits en srie, occupons nous maintenant des circuits en drivation.

1. Dfinitions : Dans un circuit en drivation, on appelle nud, un point particulier du circuit, o le courant peut passer par deux fils possibles. Dans le circuit ci-dessous, il y a deux nuds : le point A et le point B. Entre deux nuds, on dfinit une branche. Dans le circuit ci-dessous, il y a trois branches, celle qui contient le gnrateur et que l'on appelle la branche principale et celles qui contiennent les diples rcepteurs (ici les lampes L1 et L2 ) et que l'on appelle les branches drives.

2. Montage en drivation de lampes identiques (lampes 6V-0,1A) : Raliser le montage correspondant au schma 3 ci-dessus et vrifier son fonctionnement.Observation:

Les lampes brillent normalement. Chacune est adapte au gnrateur..

( Dessine ici le schma d'un circuit en drivation comportant une lampe supplmentaire

( Raliser le montage du schma 4 :

Observation et interprtation :Avec une troisime lampe, les clats des lampes restent sensiblement les mmes car elles sont directement alimentes par le gnrateur.

( Dvisser une des lampes.Observation et interprtation :

Si l'on dvisse une lampe, les autres lampes continuent de briller.

Le courant circule dans les deux autres lampes. Chaque drivation (chaque branche drive) est parcourue par un courant.

3. Montage en drivation de lampes diffrentes (une lampe 6V-0,1A et une lampe 6V-0,3A): Refaire le montage correspondant au schma 3 en changeant une des lampes et vrifier son fonctionnement.

( Observer lclat de chaque lampe.

( Changer lordre des lampes dans le montage. Quobservez vous?Observations:

Le courant qui circule dans chaque branche de la drivation permet dalimenter chaque lampe correctement.Quel que soit lordre des lampes elles conservent le mme clat.

4. Conclusion sur les montages en drivation : Dans un montage en drivation, chaque lampe est relie directement aux bornes de la pile et brille comme si elle tait toute seule.

Le gnrateur alimente directement chacune des lampes.

Si une lampe ne fonctionne plus, les autres continuent de briller.

On a vu que si on enlve une lampe dans une des branches, les lampes places dans les autres branches continuent de fonctionner correctement. En fait, chaque branche constitue un circuit indpendant et si lun des circuits est ouvert, le courant peut continuer circuler dans les autres branches.

Ce type de circuit est utilis dans les habitations pour relier les diffrents appareils lectriques car il ne faut pas que tous les appareils de la maison sarrtent quand on dbranche le sche-cheveux! Certaines guirlandes lectriques sont galement fabriques avec ce type de circuit, mais comme la tension du secteur est assez forte, elles doivent tre quipes dun systme de rgulation de tension (ce qui augmente le prix de la guirlande). En contrepartie, si une lampe grille, les autres fonctionnent toujours et il est donc trs facile de rparer la lampe endommage.

5. Allons plus loin : l'intensit du courant lectrique : Deux lampes en drivation (schma 3) brillent beaucoup plus fort que deux lampes dans un circuit en srie (schma 1). De plus, quand on ajoute des branches, les nouvelles lampes brillent toujours autant (schma 4). Par contre, plus on ajoute de branches, plus la pile devient chaude (c'est pour cela que nous avons utilis le gnrateur) .

Il y a donc une autre grandeur lectrique qui joue un rle dans la circulation du courant lectrique : c'est l'intensit du courant lectrique.

Elle correspond au dbit du courant ( la quantit de charges lectriques qui circule) et on la mesure en ampre (A).

Dans un circuit en srie, plus on introduit de lampes et moins elles brillent. Lintensit du courant diminue, elle dpend du nombre de diples rcepteurs placs en srie, le dbit de la pile dpend donc du circuit.

Dans un circuit en drivation, si on introduit des lampes supplmentaires, elles brillent toutes normalement, les diffrentes branches ayant la mme tension lectrique (mesure en volt (V)). L'chauffement de la pile correspond au fait qu'elle doit alors fournir une intensit supplmentaire pour la lampe supplmentaire.

Il nest pourtant pas possible de mettre une quantit illimite de lampes car l'intensit que peut dlivrer une pile est limite et force de schauffer, elle risque dtre dtruite. Mme un gnrateur ne peut fournir plus qu'une certaine intensit. EDF fournit un courant dont la tension est toujours de 220 V, l'intensit qu'il autorise dpend du type d'abonnement souscrit.

IV ) Le court-circuit : danger ! (Voir livre p 29-30).

Pourquoi certains appareils lectriques dfectueux font-ils griller les fusibles du tableau lectrique quand on les branche sur une prise de courant?

Rponse: il arrive que certains appareils lectriques endommags, ou trop vieux, possdent de mauvais contacts. Lorsquon les branche sur une prise de courant, ils provoquent un court-circuit et les fusibles grillent pour protger linstallation lectrique.

1. Le fil de connexion dans un montage en srie : Il y a court-circuit quand on relie les deux bornes dun diple par un fil conducteur.a) Mise en court-circuit d'une lampe :

Les expriences seront ralises par le professeur.

Ralisons le circuit suivant :

Dessiner en rouge sur le schma 5 un fil de connexion aux bornes de la lampe L1.

( Observer sur la paillasse du professeur ce qui se passe lorsque ce fil est connect.

( Reprsentez par des flches rouges, le chemin suivi par le courant lectrique.

Observation:

Si on branche un fil de connexion aux bornes dun diple rcepteur, on constate quil ne fonctionne plus.

Par contre, les autres lampes du circuit brillent d'un clat plus intense.

On peut supprimer le diple court-circuit sans modifier le fonctionnement du circuit.

Explication :

Le courant lectrique cherche toujours passer dans les conducteurs qui possdent la plus faible rsistance lectrique. Un fil conducteur possde une rsistance lectrique pratiquement nulle alors quune lampe possde une rsistance lectrique assez forte afin que lchauffement d au passage du courant fasse briller son filament.

Si on court-circuite une lampe, tout le courant lectrique passe dans le fil conducteur. La lampe, qui nest plus traverse par le courant lectrique, ne fonctionne plus.

Comme la tension de la pile nest plus divise quentre deux lampes au lieu de trois, ces deux lampes brillent plus fort.

b) Mise en court-circuit d'un interrupteur :

Dessiner en bleu sur le schma 5 un fil de connexion aux bornes de l'interrupteur.

( Observer sur la paillasse du professeur ce qui se passe lorsque ce fil est connect.Observation:

Si on branche un fil de connexion aux bornes dun interrupteur on constate que linterrupteur nagit plus sur le circuit. Le circuit reste ferm.

On peut supprimer linterrupteur sans modifier le fonctionnement du circuit.

2. Le fil de connexion dans un montage en drivation :

Dessiner en rouge sur le schma 6 un fil de connexion aux bornes de la lampe L3.

( Observer sur la paillasse du professeur ce qui se passe lorsque ce fil est connect.

( Reprsentez par des flches rouges, le chemin suivi par le courant lectrique.

Observation:

Toutes les lampes s'teignent.

Un fil de connexion branch aux bornes dun diple rcepteur en drivation est aussi branch aux bornes du gnrateur. Les diples rcepteurs ne fonctionnent pas.

Le gnrateur est en court-circuit.

Explication :Lorsquune des lampes est en court-circuit, toutes les autres lampes steignent. En effet, la branche en court-circuit ne prsente plus aucune rsistance au passage du courant lectrique qui circule donc uniquement dans cette branche. Aucune lampe nest donc plus traverse par le courant lectrique: toutes les lampes sont teintes.

Comme le branchement lectrique dune maison est en drivation, il suffit galement quun seul appareil soit en court-circuit pour que tous les autres ne fonctionnent plus. En ralit, nous navons pas le temps de nous en rendre compte car le panneau lectrique de la maison coupe le contact lectrique laide dun fusible ou dun disjoncteur diffrentiel afin dviter tout risque daccident.COURT-CIRCUIT = CIRCUIT LE PLUS FACILE SUIVRE3. Un court-circuit peut tre dangereux (voir livre p 30) : Dans lexprience prcdente (circuit en drivation), si nous maintenons plus longtemps le court-circuit, la pile et les fils de connexion commencent schauffer rapidement. En effet, le courant lectrique ne rencontre plus aucune rsistance car il ny a plus de rcepteurs dans le circuit. La pile va donc se mettre dbiter une trs forte quantit de courant lectrique, ce qui va provoquer son chauffement ainsi que celui du fil de court-circuit.

Si on maintient le court-circuit, la pile risque dtre dtruite. Cette destruction peut mme saccompagner dune explosion pour certains types de piles. Dautre part, si la pile rsiste bien au court-circuit, cest la gaine du fil de court-circuit qui, chauffe, risque de senflammer. Il ne faut donc jamais faire de court-circuit sur une pile et encore moins sur une prise du secteur sous peine de provoquer de graves dgts.

Dmonstration :

Cette exprience sera ralise par le professeur.

Quobserves-tu quand on relie les deux bornes de la lampe par le fil lectrique (fil de court-circuit) ?La laine de fer brle, la lampe ne brille plus. Interprte ce que tu viens de voir :

La lampe est court-circuite, le courant lectrique circule directement d'une borne l'autre de la pile en passant par la laine de fer. Il est trs intense et la laine de fer porte haute temprature, brle.

Conclusion :

Un court-circuit peut provoquer un incendie lorsque le courant circule directement d'une borne l'autre du gnrateur.4. Comment se protger d'un court-circuit ? (voir livre p 30) : Pour protger les circuits de la maison contre les risques dincendies, on quipe les panneaux lectriques de fusibles. Ils sont constitus dun fil conducteur assez fin protg par un isolant en verre (voir figure 11 p 30). Le courant lectrique traverse le fusible ds quun appareil est branch sur une prise de courant. Sil y a un court-circuit, lchauffement du fusible provoque la fusion du fil conducteur (le fil fond) qui devient liquide et, en coulant vers le bas du fusible, ouvre le circuit lectrique.

Pour que ce systme fonctionne correctement, il est indispensable de prvoir un fusible adapt chaque circuit. Il est extrmement dangereux de remplacer le fusible par un simple fil en cuivre car il ny aurait plus alors de protection pour la maison. Si un fusible a fondu, il est indispensable de chercher pourquoi avant de le remplacer. Sinon on risque de faire fondre le suivant!

Actuellement, les fusibles sont de plus en plus remplacs par des disjoncteurs lectroniques qui coupent le contact. Ces derniers ont lavantage de disposer dun interrupteur quil suffit de refermer pour remettre en fonction le circuit lectrique.

On protge les circuits lectriques avec des fusibles qui fondent ou un disjoncteur diffrentiel qui coupe le circuit ds que le courant lectrique devient dangereux.

V ) Les dangers de l'lectricit (Voir livre p 31).

Le courant lectrique peut tre trs dangereux pour ltre humain. Ce danger vient surtout du courant du secteur car il est trs fort et traverse sans problme notre peau pour entrer dans notre corps. La tension de scurit est de 24 V. Toute tension suprieure est donc dangereuse et la tension du secteur est de 230 V.

Comme tout notre systme nerveux fonctionne laide dimpulsions lectriques, le contact soudain avec le courant lectrique du secteur peut provoquer de trs graves dgts: arrt du cur, ttanisation des muscles et mme dommages au cerveau.

EffetCourant

Picotement

Douleur, brlure

Ttanisation des muscles

Asphyxie

Arrt du cur Peu intense

+

De plus en plus intense

+

Trs intense

Il faut donc viter au maximum le contact avec le courant du secteur. Pour cela, il faut systmatiquement couper lalimentation lectrique lorsquon souhaite changer une lampe ou travailler sur un circuit lectrique. Il convient galement de vrifier la qualit des quipements lectriques de la maison et notamment quils portent bien la mention NF lectricit. Enfin, si vous tes tmoins dune lectrocution, il ne faut jamais hsiter appeler les pompiers au 18.L'essentiel retenir absolument : Pour qu'une lampe brille normalement elle doit tre alimente par un gnrateur dont la tension est gale la tension nominale.

Dans un circuit en srie, les lampes sont montes les unes la suite des autres. Si une lampe ne fonctionne pas, les autres ne peuvent pas briller.

Dans un circuit en drivation, les lampes sont directement relies au gnrateur.

Lorsque l'on place un conducteur entre les bornes d'une lampe, on la court-circuite ; le courant circule

dans le conducteur, la lampe ne brille plus.

Un court-circuit peut tre dangereux si le courant peut circuler d'une borne l'autre d'un gnrateur sans rencontrer de diples rcepteurs (lampe ou autre appareil). Les conducteurs s'chauffent, il y a risque d'incendie.

Une tension suprieure 24 V est dangereuse. La tension du secteur 230 V peut entraner la mort. Il ne faut jamais raliser une exprience avec la tension du secteur.

L3

Schma 6

L3

C

Paille de fer

Schma 3

Schma 4

B

A

Branches

drives

Branche principale

G

L2

L1

6V

Voici le circuit raliser :

+

-

gnrateur

Exprience ne raliser quen prsence du professeur

Schma 1Schma 2

L2

G

+

-

6V

L1

D

G

L2

L1

+

-

B

A

Schma 5

6V

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