I. Le courant électrique continu
Certains matériaux (verre, plastique) frottés avec un tissu deviennent capables d’attirer de petits objets : on dit qu’ils se sont électrisés par frottement. Deux corps chargés de même signe se repoussent, deux corps chargés de signes contraires s’attirent.
Dans un circuit, le courant électrique correspond à un déplacement de charges à travers les conducteurs. Par convention, le sens du courant à l’extérieur du générateur va de la borne + vers la borne −.
L’intensité du courant électrique est la quantité d’électricité qui traverse une section du circuit chaque seconde. Elle se mesure avec un ampèremètre, en ampères (A), du nom du physicien André-Marie Ampère. L’ampèremètre se branche en série dans le circuit, et le courant doit entrer par sa borne +.
Dans un circuit en série, l’intensité du courant est la même en tout point du circuit.
II. La résistance électrique
Une résistance est un dipôle dont le symbole est un rectangle. Insérée dans un circuit, elle limite l’intensité du courant : plus sa valeur est grande, plus le courant qui circule est faible.
L’unité de résistance est l’ohm (Ω). On utilise aussi ses multiples : le kilohm (1 kΩ = 1 000 Ω) et le mégohm (1 MΩ = 1 000 000 Ω). La résistance se mesure avec un ohmmètre, sur un dipôle isolé du reste du circuit.
Le sens de branchement d’une résistance dans un circuit n’a pas d’influence sur l’intensité du courant.
III. La loi des nœuds
Dans un circuit en dérivation, un nœud est un point où au moins trois fils se rejoignent. La branche qui contient le générateur est la branche principale ; les branches qui contiennent seulement des récepteurs sont des branches dérivées.
La loi des nœuds énonce que la somme des intensités qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent. Pour un nœud avec deux branches dérivées : I = I1 + I2.
IV. La loi d’additivité des tensions
La tension (notée U, en volts V) se mesure avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes du dipôle étudié.
Dans un circuit en série, la loi d’additivité des tensions énonce que la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs : U = U1 + U2. Cette somme ne dépend pas de l’ordre des dipôles dans le circuit.
Dans un circuit en dérivation, c’est l’inverse : les dipôles branchés en parallèle ont tous la même tension à leurs bornes (U = U1 = U2), alors que ce sont les intensités qui s’additionnent (loi des nœuds).
V. Synthèse : intensité et tension
En résumé, les deux lois se répartissent entre les deux types de montages : en série, l’intensité est unique partout et les tensions s’additionnent ; en dérivation, la tension est unique aux bornes de chaque branche et les intensités s’additionnent au nœud.
Ces deux lois permettent de prévoir le comportement d’un circuit électrique et de vérifier des mesures faites à l’ampèremètre et au voltmètre en classe de physique.
Exercice d’application
Exercice 1. Un ampèremètre est branché dans un circuit en série avec une lampe. Explique comment il doit être branché (position et sens) pour donner une mesure correcte.
Exercice 2. On ajoute une résistance dans un circuit qui ne contenait au départ qu’une pile et une lampe. Que devient l’intensité du courant ? Justifie.
Exercice 3. Dans un circuit en dérivation, un nœud reçoit un courant d’intensité I = 0,6 A qui se répartit dans deux branches. Si I1 = 0,25 A, calcule I2.
Exercice 4. Un circuit en série comporte un générateur et deux lampes. On mesure U1 = 2,2 V et U2 = 1,8 V aux bornes des deux lampes. Calcule la tension U aux bornes du générateur.
Exercice 5. Explique la différence entre la loi des nœuds et la loi d’additivité des tensions : à quel type de montage chacune s’applique-t-elle ?
Corrigés
Corrigé 1. L’ampèremètre se branche en série (dans la boucle du circuit, jamais en dérivation) et le courant doit entrer par sa borne +.
Corrigé 2. L’intensité du courant diminue : une résistance limite le courant qui circule dans le circuit, plus sa valeur est grande, plus le courant est faible.
Corrigé 3. D’après la loi des nœuds, I = I1 + I2, donc I2 = I − I1 = 0,6 − 0,25 = 0,35 A.
Corrigé 4. D’après la loi d’additivité des tensions, U = U1 + U2 = 2,2 + 1,8 = 4,0 V.
Corrigé 5. La loi des nœuds s’applique aux circuits en dérivation et concerne les intensités (elles s’additionnent au nœud) ; la loi d’additivité des tensions s’applique aux circuits en série et concerne les tensions (elles s’additionnent le long du circuit).
