Karamö, le prof virtuelLeçon 8 sur 18
Le circuit électrique
Je sais réaliser un circuit électrique simple qui allume une lampe et je sais expliquer pourquoi la lampe brille ou ne brille pas.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Nommer les éléments d'un circuit simple (générateur, lampe, fils, interrupteur)
- Repérer les deux bornes de chaque dipôle
- Distinguer circuit fermé et circuit ouvert
- Connaître le sens conventionnel du courant électrique
1Je découvre
À Kouroussa, un soir de coupure de courant, la famille d'Ousmane s'éclaire avec une lampe torche. Soudain, la lumière s'éteint. Ousmane dévisse la torche : à l'intérieur, il trouve deux piles rondes, une petite ampoule, un ressort et une lame de métal reliée au bouton.
Son grand frère Alpha a une pile plate de 4,5 V, une petite lampe et deux bouts de fil électrique récupérés. « Essayons d'allumer la lampe nous-mêmes », propose-t-il. Ousmane pose la lampe sur la pile et relie un seul fil : rien ne se passe. Alpha ajoute le deuxième fil, de l'autre côté : la lampe brille !
Ousmane est intrigué : pourquoi faut-il deux fils ? Et pourquoi la torche s'éteint-elle quand on appuie de nouveau sur le bouton ?
Qu'est-ce qu'un circuit électrique, et à quelle condition une lampe peut-elle briller ?
2Je comprends
1. Les éléments d'un circuit simple
Un circuit électrique est un ensemble d'éléments reliés entre eux par des fils, dans lequel le courant électrique peut circuler. Le circuit le plus simple comporte :
- un générateur : il fournit l'énergie électrique. Exemples : une pile, une batterie de moto ou de voiture, un panneau solaire, une prise du secteur (dangereuse, on ne l'utilise jamais pour les expériences) ;
- un ou plusieurs récepteurs : ils reçoivent l'énergie électrique et la transforment. Exemples : une lampe (lumière et chaleur), un moteur (mouvement), une sonnerie (son), un ventilateur ;
- des fils de connexion : en métal (souvent du cuivre) entouré de plastique, ils relient les éléments ;
- souvent un interrupteur : il permet d'ouvrir ou de fermer le circuit sans défaire les fils.
2. Les dipôles et leurs bornes
Chacun de ces éléments possède deux bornes (deux points de branchement) : on l'appelle un dipôle.
- La pile plate de 4,5 V a deux lames de métal : la petite lame est la borne positive (+), la grande lame est la borne négative (−). Sur une pile ronde, la borne + est le petit bouton en relief, la borne − est le fond plat.
- La lampe à incandescence a deux bornes : le culot (la partie métallique vissée, sur le côté) et le plot (le petit point de métal en dessous). À l'intérieur de l'ampoule de verre, un fil très fin, le filament, relie les deux bornes : c'est lui qui devient très chaud et brille.
- L'interrupteur a deux bornes reliées par une lame que l'on abaisse (fermé) ou que l'on relève (ouvert).
C'est pour cela qu'Ousmane a eu besoin de deux fils : il faut relier chaque borne de la lampe à une borne différente de la pile.
3. Circuit fermé, circuit ouvert
La lampe brille seulement si les éléments forment une boucle continue, sans interruption, qui part d'une borne du générateur et revient à son autre borne en passant par la lampe. On dit alors que le circuit est fermé : le courant circule.
S'il y a une coupure quelque part (fil débranché, interrupteur ouvert, filament cassé), le circuit est ouvert : le courant ne circule pas, la lampe ne brille pas.
| Interrupteur | État du circuit | Courant | Lampe |
|---|---|---|---|
| fermé (lame abaissée) | circuit fermé | circule | brille |
| ouvert (lame relevée) | circuit ouvert | ne circule pas | éteinte |
Attention au vocabulaire : un interrupteur fermé laisse passer le courant, comme une porte fermée qui fait un « pont ». Dans la torche d'Ousmane, le bouton pousse une lame de métal qui ferme ou ouvre le circuit.
4. Le sens du courant électrique
Par convention, à l'extérieur du générateur, le courant électrique circule de la borne + vers la borne − du générateur, en passant par les fils et les récepteurs. On le représente par une flèche sur un fil du circuit.
On peut le vérifier avec certains récepteurs : un petit moteur tourne dans un sens, puis dans l'autre sens si l'on inverse les bornes de la pile. Une lampe, elle, brille de la même façon dans les deux sens.
Exemple
Situation : Alpha relie la petite lame de la pile au plot de la lampe par un fil, et la grande lame au culot par un autre fil.
Questions : a) le circuit est-il fermé ? b) dans quel sens circule le courant dans la lampe ?
Réponse pas à pas :
- Chaque borne de la lampe est reliée à une borne différente de la pile : il y a une boucle continue. Le circuit est fermé, la lampe brille.
- La petite lame est la borne +. Le courant sort par la borne +, passe par le fil jusqu'au plot, traverse le filament, sort par le culot et revient à la borne − (grande lame).
Exemple
Situation : Ousmane relie les deux fils à la même lame (la petite) de la pile, puis au culot et au plot de la lampe.
Question : la lampe brille-t-elle ?
Réponse : non. Les deux bornes de la lampe sont reliées à la même borne de la pile. Le courant ne peut pas partir d'une borne du générateur et revenir à l'autre : il n'y a pas de boucle passant par les deux bornes du générateur. La lampe reste éteinte.
Méthode
Pour savoir si une lampe va briller :
- Je pars d'une borne du générateur.
- Je suis les fils avec le doigt, élément par élément.
- Je vérifie que je passe par les deux bornes de la lampe.
- Je vérifie que j'arrive à l'autre borne du générateur, sans coupure (interrupteur fermé, fils bien branchés).
- Si la boucle est complète, le circuit est fermé : la lampe brille (si la pile et la lampe sont en bon état).
5. Retour à la torche
La torche d'Ousmane est un vrai circuit : les piles sont le générateur, l'ampoule est le récepteur, le ressort et les lames métalliques servent de fils, et le bouton est l'interrupteur. Si elle s'éteint alors que le bouton est sur « marche », c'est qu'il y a une coupure quelque part (pile usée, ampoule grillée, mauvais contact). Tu apprendras à trouver la panne dans une prochaine leçon.
3Je retiens
Je retiens
Un circuit électrique simple comprend un générateur, un ou plusieurs récepteurs, des fils de connexion et souvent un interrupteur.
Chaque élément a deux bornes : c'est un dipôle. Pile plate : petite lame = borne +, grande lame = borne −. Lampe : culot et plot.
Une lampe brille si elle forme une boucle continue avec le générateur : le circuit est fermé.
S'il y a une coupure, le circuit est ouvert et le courant ne circule pas.
Interrupteur fermé : le courant passe. Interrupteur ouvert : le courant ne passe pas.
Sens conventionnel du courant : de la borne + vers la borne − à l'extérieur du générateur.
4Erreurs fréquentes
- Croire qu'un seul fil suffit : il faut une boucle complète, qui relie chaque borne de la lampe à une borne différente du générateur.
- Confondre les mots : un interrupteur « fermé » laisse passer le courant ; un interrupteur « ouvert » le coupe.
- Inverser les lames de la pile plate : la petite lame est la borne +, la grande lame la borne −.
- Faire des expériences avec la prise du secteur : c'est très dangereux ; on utilise toujours des piles.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète :
a) Le … fournit l'énergie électrique au circuit.
b) La lampe est un … : elle transforme l'énergie électrique en lumière et en chaleur.
c) Les deux bornes d'une lampe sont le … et le …
d) Quand l'interrupteur est …, le courant circule.
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a) Le générateur fournit l'énergie électrique au circuit.
b) La lampe est un récepteur.
c) Les deux bornes d'une lampe sont le culot et le plot.
d) Quand l'interrupteur est fermé, le courant circule.
2Exercice 2
Classe les éléments suivants en générateurs et récepteurs : pile ronde, ventilateur, batterie de moto, sonnerie, lampe, panneau solaire, moteur de jouet.
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- Générateurs : pile ronde, batterie de moto, panneau solaire.
- Récepteurs : ventilateur, sonnerie, lampe, moteur de jouet.
3Exercice 3
Hawa relie la grande lame d'une pile plate au culot d'une lampe, et le plot de la lampe à la grande lame aussi. La lampe ne brille pas. Explique pourquoi et dis comment corriger.
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Les deux bornes de la lampe sont reliées à la même borne de la pile (la grande lame, borne −). Il n'y a pas de boucle allant d'une borne de la pile à l'autre : le circuit n'est pas fermé. Pour corriger, il faut relier le plot (ou le culot) à la petite lame (borne +) et l'autre borne de la lampe à la grande lame.
4Exercice 4
Réponds par vrai ou faux et corrige les phrases fausses.
a) Un circuit ouvert laisse passer le courant.
b) À l'extérieur de la pile, le courant va de la borne + vers la borne −.
c) Un interrupteur possède trois bornes.
d) Dans une lampe torche, le bouton joue le rôle d'un interrupteur.
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a) Faux : un circuit ouvert ne laisse pas passer le courant.
b) Vrai.
c) Faux : un interrupteur a deux bornes, c'est un dipôle.
d) Vrai.
5Exercice 5
Voici une lampe torche : deux piles, une ampoule, un ressort, des lames métalliques et un bouton.
a) Quel élément est le générateur ? le récepteur ?
b) Quel est le rôle du ressort et des lames métalliques ?
c) Quel est le rôle du bouton ?
d) Le bouton est sur « marche » mais la torche ne s'allume pas. Donne deux causes possibles.
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a) Les piles sont le générateur ; l'ampoule est le récepteur.
b) Le ressort et les lames métalliques jouent le rôle des fils de connexion : ils conduisent le courant et relient les éléments.
c) Le bouton est l'interrupteur : il ferme ou ouvre le circuit.
d) Causes possibles : les piles sont usées ; l'ampoule est grillée (filament cassé) ; une lame ou le ressort est rouillé ou mal en contact ; une pile est mise à l'envers.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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