Manuel Le Livre Scolaire (2de)
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⚡ 1. Circuits Électriques
Un circuit électrique est un ensemble de composants reliés par des fils conducteurs, formant un chemin fermé permettant le passage du courant électrique.
Le courant électrique circule à l'extérieur du générateur de la borne positive vers la borne négative : c'est le sens conventionnel, représenté par une flèche.
Point de connexion entre au moins trois fils conducteurs. C'est là que le courant se divise ou se regroupe.
Boucle fermée composée de plusieurs dipôles en série. Un circuit peut contenir plusieurs mailles.
S'exprime en ampères (A). Se mesure avec un ampèremètre branché en série.
S'exprime en volts (V). Se mesure avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes du dipôle.
📐 2. Lois des Circuits Électriques
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent.
Exemple : au nœud A, si I arrive et I₁, I₂ repartent → I = I₁ + I₂
Dans une maille orientée, la somme des tensions fléchées dans le sens de parcours est égale à la somme des tensions fléchées dans l'autre sens.
Exemple dans la maille ABCDEA : UAB + UDE + UCD + UBC = UAE
La tension UAB aux bornes d'un conducteur ohmique de résistance R et l'intensité I du courant électrique qui le traverse sont proportionnelles :
UAB = R × I (U en V, R en Ω, I en A)
En série : l'intensité est la même dans tous les dipôles ; la tension se répartit. En dérivation : la tension est la même aux bornes de chaque dipôle ; l'intensité se divise. C'est pourquoi deux lampes en dérivation gardent leur pleine luminosité.
📈 3. Caractéristique d'un Dipôle
La caractéristique d'un dipôle est l'ensemble des couples de valeurs (U, I) possibles pour ce dipôle. Chaque point est un point de fonctionnement.
On distingue deux représentations : U = f(I) (caractéristique intensité–tension) et I = f(U) (caractéristique tension–intensité).
Sa caractéristique tension–intensité est une droite passant par l'origine. La pente donne directement la résistance R.
La tension et le courant sont orientés dans le même sens. Le dipôle fournit de l'énergie au circuit.
La tension et le courant sont orientés dans des sens contraires. Le dipôle consomme de l'énergie.
Pour déterminer le point de fonctionnement P d'un circuit, on superpose les caractéristiques du générateur et du récepteur et on lit leurs coordonnées à l'intersection. Exemple : P(I = 0,03 A ; U = 4,5 V).
🌡️ 4. Les Capteurs Électriques
Un capteur électrique transforme une grandeur physique (température, luminosité, son…) en signal électrique. De nombreux capteurs sont basés sur la modification de la résistance en fonction des paramètres extérieurs.
| Paramètre extérieur | Exemple de dipôle | Exemple de capteur | Objet du quotidien |
|---|---|---|---|
| Température | Thermistance | Capteur de température | Thermomètre électronique |
| Luminosité | Photorésistance | Capteur de lumière | Veilleuse à allumage automatique |
Courbe représentant l'évolution de la grandeur de sortie en fonction de la grandeur d'entrée du capteur.
Capteur dont la courbe d'étalonnage est une droite passant par l'origine. La thermistance n'est pas linéaire.
CTN : coefficient de température négatif (résistance ↓ quand T ↑). CTP : coefficient positif (résistance ↑ quand T ↑).
🛠️ Savoir-Faire
🔬 Travaux Pratiques
Étude d'une thermistance
Les thermomètres électroniques comportent une thermistance, capteur résistif dont la résistance dépend de la température. Ce TP permet d'en tracer la courbe d'étalonnage et de déterminer la température d'un objet.
Protocole :
- Verser 150 mL d'eau à température ambiante dans un bécher sur agitateur magnétique.
- Relier la thermistance à un ohmmètre. Plonger thermistance et thermomètre dans l'eau.
- Relever la résistance et la température tous les 5 °C jusqu'à environ 60 °C.
- Présenter les résultats dans un tableau, puis tracer la courbe d'étalonnage R = f(T).
Questions : La thermistance est-elle un capteur linéaire ? Est-elle CTN ou CTP ? Comment utiliser la courbe pour mesurer la température du creux de la main ?
Loi des nœuds, loi des mailles et loi d'Ohm
Circuit avec générateur 12 V, résistances R1 = 100 Ω, R2 = R4 = 470 Ω, R3 = 220 Ω. On mesure toutes les tensions et intensités, puis on vérifie par le calcul les trois lois fondamentales.
Étapes :
- Reproduire le schéma, flécher les tensions U₁ à U₄, nommer les nœuds et les mailles.
- Réaliser le circuit et régler le générateur sur 12 V.
- Mesurer toutes les tensions (voltmètre en dérivation) et intensités (ampèremètre en série).
- Vérifier la loi des nœuds, la loi des mailles, et calculer les résistances via U = R × I.