Électrocinétique
Si l'électrostatique étudie les charges au repos, l'électrocinétique étudie les charges en mouvement : c'est la physique des circuits. Une pile, des fils, une ampoule, et soudain la lumière. Trois outils suffisent pour presque tout : la loi d'Ohm, les règles d'association des résistances, et les deux lois de Kirchhoff. Garde en tête une image : un circuit, c'est de l'eau dans des tuyaux.
1Courant, tension, résistance
| Grandeur | Rôle (analogie eau) | Unité | Mesuré par |
|---|---|---|---|
| Tension U | pression qui pousse | volt (V) | voltmètre (en parallèle) |
| Courant I | débit de charges | ampère (A) | ampèremètre (en série) |
| Résistance R | rétrécissement du tuyau | ohm (Ω) | ohmmètre |
Dans un fil, les électrons se déplacent du − vers le +. Pourquoi dit-on que le courant va du + vers le − ?Réfléchis puis ouvre ▾
Vérifie que tu as compris
À quoi correspond le courant dans l'analogie de l'eau ?Réfléchis puis ouvre ▾
En quelle unité mesure-t-on l'intensité du courant ?Réfléchis puis ouvre ▾
Comment branche-t-on un ampèremètre ?Réfléchis puis ouvre ▾
2La loi d'Ohm
Loi d'Ohm : U = R·I. Augmente la résistance et le courant chute ; augmente la tension et il monte. La puissance dissipée est P = U·I = R·I².
On double la tension aux bornes d'une résistance fixe. Que devient le courant ?Réfléchis puis ouvre ▾
Quel courant traverse une résistance de 4 Ω sous une tension de 12 V ?Facile
Vérifie que tu as compris
Que dit la loi d'Ohm ?Réfléchis puis ouvre ▾
Sur un graphe U(I), que représente la pente pour une résistance ohmique ?Réfléchis puis ouvre ▾
La tension U de la loi d'Ohm est-elle celle du générateur ?Réfléchis puis ouvre ▾
3La loi de Pouillet : d'où vient la résistance ?
| Si on… | …alors R | Analogie (tuyau d'eau) |
|---|---|---|
| allonge le fil (L ↗) | augmente | tuyau plus long = plus de frottement |
| épaissit le fil (S ↗) | diminue | tuyau plus large = l'eau passe mieux |
| choisit un meilleur conducteur (ρ ↘) | diminue | cuivre (bon) vs fer (moins bon) |
Deux fils du même métal : le second est 2× plus long et a une section 2× plus grande. Lequel a la plus grande résistance ?Réfléchis puis ouvre ▾
Un fil a une résistance de 6 Ω. Quelle est la résistance d'un fil du même matériau, 3× plus long mais de section 2× plus grande ?Intermédiaire
Vérifie que tu as compris
De quoi dépend la résistance d'un fil ?Réfléchis puis ouvre ▾
Un fil plus long est-il plus ou moins résistant ?Réfléchis puis ouvre ▾
Comment R varie-t-elle avec la section S ?Réfléchis puis ouvre ▾
4Associer des résistances : série et parallèle
Série : même courant partout, les résistances s'additionnent. Parallèle : même tension aux bornes, les inverses s'additionnent (R_eq diminue).
Deux résistances identiques de 10 Ω. Quelle est R_eq en série ? En parallèle ?Réfléchis puis ouvre ▾
Trois résistances de 6 Ω chacune sont montées en parallèle. Quelle est R_eq ?Intermédiaire
« Un générateur de 12 V alimente en série avec le groupement parallèle de et . Trouve le courant total et le courant dans chaque branche. »
1. Réduire le parallèle en premier. Toujours commencer par le bloc le plus « intérieur ». Pour deux résistances, . On vérifie la cohérence : 2 Ω est bien inférieur à 3 Ω, la plus petite des deux.
2. Le circuit devient une simple série. , d'où le courant débité par le générateur : .
3. Redescendre pour partager la tension. Tout le courant traverse : V. Il reste donc V aux bornes du bloc parallèle (contrôle : V, cohérent).
4. Partager le courant. Les deux branches subissent la même tension de 4 V : A et A.
Deux contrôles finaux, gratuits. La loi des nœuds : A, bien égal au courant total. Et comme vaut le double de , elle doit recevoir deux fois moins de courant : c'est le cas. La branche la moins résistante prend toujours la plus grosse part.
Le piège : appliquer la loi d'Ohm avec les 12 V du générateur directement sur ou . Ces résistances ne voient que 4 V, car a déjà « consommé » 8 V. Il faut toujours réduire, puis redescendre pas à pas.
Vérifie que tu as compris
En série, qu'est-ce qui est identique dans tous les composants ?Réfléchis puis ouvre ▾
En parallèle, qu'est-ce qui est identique ?Réfléchis puis ouvre ▾
La résistance équivalente en parallèle est-elle plus grande ou plus petite ?Réfléchis puis ouvre ▾
5Les lois de Kirchhoff
Une pile neuve affiche 1,5 V à vide. En court-circuit, sa tension chute presque à 0. Pourquoi ?Réfléchis puis ouvre ▾
Vérifie que tu as compris
Que dit la loi des nœuds ?Réfléchis puis ouvre ▾
Que dit la loi des mailles ?Réfléchis puis ouvre ▾
Pour un générateur réel, comment la tension varie-t-elle avec le courant ?Réfléchis puis ouvre ▾
6Puissance et effet Joule
Une résistance traversée par 2 A sous 12 V dissipe quelle puissance ?Facile
Un sèche-cheveux de 1500 W est branché sur le secteur 230 V. Quel courant appelle-t-il, et quelle est sa résistance ?Niveau concours
Vérifie que tu as compris
Que vaut la puissance dissipée par une résistance ?Réfléchis puis ouvre ▾
Comment varie la chaleur dissipée avec le courant ?Réfléchis puis ouvre ▾
Pourquoi transporte-t-on l'électricité à haute tension ?Réfléchis puis ouvre ▾
7Courant continu et courant alternatif
| Courant continu (DC) | Courant alternatif (AC) | |
|---|---|---|
| Sens | constant | s'inverse 50 fois/s (50 Hz) |
| Source typique | pile, batterie, USB | secteur (prise murale) |
| Tension | fixe | 230 V efficace (≈ 325 V crête) |
On dit que le secteur est à « 230 V ». Pourtant la tension de crête dépasse 320 V. Contradiction ?Réfléchis puis ouvre ▾
Vérifie que tu as compris
Quelle est la différence entre courant continu et alternatif ?Réfléchis puis ouvre ▾
Que représente la valeur efficace d'une tension alternative ?Réfléchis puis ouvre ▾
Le « 230 V » du secteur est-il la tension maximale ?Réfléchis puis ouvre ▾
8Les erreurs fréquentes
- Croire que le courant se partage en sériePourquoi : confusion série/parallèleen SÉRIE le courant est le même partout ; ce sont les TENSIONS qui se partagent. En parallèle, l'inverse.
- Oublier d'inverser à la fin du calcul parallèle1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ donne l'INVERSE ; retourne le résultat pour obtenir R_eq.
- Penser que parallèle = résistance plus grandenon : en parallèle R_eq est plus PETITE que la plus petite des résistances (on ajoute des chemins).
- Appliquer U = RI avec la tension du générateurU est la tension aux bornes de CETTE résistance précise, pas forcément celle de la pile.
- Oublier la résistance interne du générateurgénérateur réel : U = E − rI ; la tension utile chute quand le courant monte.
- Confondre les unités (mA, cm…) ou ne pas convertirtout en SI : I en A (30 mA = 0,03 A), R en Ω, U en V.
- Prendre 230 V pour la tension maximale du secteur230 V est la valeur EFFICACE ; le maximum est 230·√2 ≈ 325 V.
- Croire que R varie comme 1/S² (loi de Pouillet)R = ρL/S : R est proportionnelle à 1/S (pas à 1/S²) et à L.
- Courant (débit de charges, A) ; sens conventionnel opposé aux électrons.
- Loi d'Ohm : (tension AUX BORNES de la résistance).
- Loi de Pouillet : (fil long ⇒ R grande ; fil épais ⇒ R petite).
- Série : (même courant). Parallèle : (même tension, R_eq plus petite).
- Kirchhoff : loi des nœuds (charge) et loi des mailles (énergie) ; générateur réel .
- Puissance : ; pertes en ⇒ transport à haute tension.
- AC : ; secteur 230 V efficace ≈ 325 V de crête, 50 Hz.
- Médecine : danger lié au courant (≈30 mA), pacemaker, défibrillateur, disjoncteur différentiel.
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