Karamö, le prof virtuelLeçon 14 sur 18
Piles associées en dérivation (en parallèle)
Je sais brancher des piles identiques en dérivation, je sais que la tension ne change pas mais que l'éclairage dure plus longtemps, et je connais les précautions à prendre.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Associer correctement des piles identiques en dérivation (bornes de même signe reliées)
- Savoir que la tension de piles identiques en dérivation est égale à celle d'une seule pile
- Expliquer l'intérêt du montage en dérivation (durée de fonctionnement plus longue)
- Comparer les associations de piles en série et en dérivation et connaître les dangers d'un mauvais branchement
Avant de commencer : Les leçons « Piles associées en série » et « Lampes associées en dérivation ».
1Je découvre
Dans un village près de Kérouané, la famille d'Aïssatou n'est pas reliée au réseau électrique. Un technicien est venu installer un panneau solaire sur le toit et, dans la maison, deux grosses batteries identiques posées côte à côte. Aïssatou remarque que les deux bornes rouges (+) des batteries sont reliées ensemble par un câble rouge, et les deux bornes noires (−) par un câble noir.
« Pourquoi deux batteries ? » demande-t-elle. Le technicien répond : « Avec deux batteries, la lampe ne brille pas plus fort, mais vous aurez de la lumière plus longtemps pendant la nuit. »
Aïssatou est étonnée : dans la leçon précédente, deux piles en série donnaient une tension plus grande. Ici, ce n'est pas le cas.
Que se passe-t-il quand on branche des piles côte à côte, bornes de même signe reliées, et à quoi sert ce montage ?
2Je comprends
1. Qu'est-ce qu'une association de piles en dérivation ?
Des piles sont associées en dérivation (ou en parallèle) quand on relie toutes leurs bornes + ensemble d'un côté, et toutes leurs bornes − ensemble de l'autre côté. Le circuit extérieur (la lampe, par exemple) est branché entre le point commun des bornes + et le point commun des bornes −.
Il y a donc des nœuds, comme pour les lampes en dérivation : chaque pile est dans sa propre branche.
- borne + de l'une reliée à la borne − de la suivante
- une seule chaîne de piles
- la tension augmente : U = U1 + U2
- la lampe brille plus fort
- bornes + ensemble, bornes − ensemble
- chaque pile dans sa branche, avec des nœuds
- la tension reste celle d'une pile : U = U1 = U2
- la lampe brille comme avec une seule pile, mais plus longtemps
2. La tension ne change pas
La tension d'une association de piles identiques en dérivation est égale à la tension d'une seule pile.
Deux piles plates de 4,5 V en dérivation donnent 4,5 V, et non 9 V. Une lampe branchée sur cette association brille donc comme avec une seule pile.
3. Alors, à quoi sert ce montage ?
Chaque pile contient une réserve d'énergie limitée. En dérivation, les piles se partagent le travail : chacune fournit une partie du courant demandé par la lampe. Elles s'usent donc moins vite, et l'ensemble dure plus longtemps.
On peut retenir, pour des piles identiques et neuves : avec deux piles en dérivation, la lampe peut fonctionner environ deux fois plus longtemps qu'avec une seule pile ; avec trois piles, environ trois fois plus longtemps. (C'est un ordre de grandeur : la durée réelle dépend de l'état des piles.)
Ce montage permet aussi d'alimenter plusieurs appareils en même temps sans « épuiser » trop vite une seule pile. C'est pourquoi, dans les installations solaires, on relie souvent plusieurs batteries identiques en dérivation : la tension reste celle attendue par les appareils, et la réserve d'énergie est plus grande pour la nuit.
Exemple
Situation : une lampe marquée « 4,5 V » est branchée sur deux piles plates de 4,5 V associées en dérivation.
Questions : a) quelle tension reçoit la lampe ? b) comment brille-t-elle ? c) quel est l'avantage par rapport à une seule pile ?
Réponse pas à pas :
a) Piles identiques en dérivation : U = 4,5 V (la tension d'une seule pile).
b) La lampe reçoit sa tension nominale : elle brille normalement.
c) Les deux piles se partagent le courant : la lampe peut briller environ deux fois plus longtemps qu'avec une seule pile.
Exemple
Situation : une lampe marquée « 9 V » est branchée sur deux piles plates de 4,5 V en dérivation.
Question : brille-t-elle normalement ? Que faut-il faire ?
Réponse pas à pas :
- En dérivation, U = 4,5 V seulement.
- 4,5 V est la moitié de la tension nominale de 9 V : la lampe brille faiblement.
- Pour obtenir 9 V, il faut associer les deux piles en série : 4,5 + 4,5 = 9 V.
4. Les précautions indispensables
Utiliser des piles identiques. En dérivation, il faut des piles de même tension (et, de préférence, de même type et de même âge). Si l'on associe une pile de 4,5 V et une pile de 1,5 V en dérivation, la plus forte fait circuler du courant dans la plus faible : les piles chauffent et s'abîment inutilement.
Ne jamais inverser une pile. Si l'on relie la borne + d'une pile à la borne − de l'autre dans une association en dérivation, les deux piles forment une boucle fermée sur elles-mêmes, sans aucune lampe : c'est un court-circuit. Un courant très fort circule, les piles chauffent, peuvent couler (perdre leur liquide corrosif) ou même éclater. Avec des batteries de voiture ou de panneau solaire, ce court-circuit peut faire fondre les câbles et provoquer un incendie.
C'est pourquoi les techniciens utilisent des câbles de couleurs différentes (rouge pour +, noir pour −) et vérifient deux fois avant de brancher.
Méthode
Pour associer des piles en dérivation sans danger :
- Je choisis des piles identiques (même tension, même type, même âge).
- Je relie ensemble toutes les bornes + (fil rouge si possible).
- Je relie ensemble toutes les bornes − (fil noir si possible).
- Je vérifie qu'aucune borne + n'est reliée à une borne −.
- Je branche la lampe entre le point commun des + et le point commun des − : la tension est celle d'une seule pile.
5. Choisir le bon montage
- On veut une tension plus grande (lampe ou appareil de tension nominale plus élevée) : on associe les piles en série.
- On veut la même tension, mais plus longtemps, ou alimenter plusieurs appareils : on associe des piles identiques en dérivation.
3Je retiens
Je retiens
Piles en dérivation : toutes les bornes + reliées ensemble, toutes les bornes − reliées ensemble.
La tension de piles identiques en dérivation est égale à celle d'une seule pile : U = U1 = U2.
Avantage : les piles se partagent le courant, l'appareil fonctionne plus longtemps.
Il faut toujours des piles identiques (même tension) en dérivation.
Relier une borne + à une borne − dans une association en dérivation provoque un court-circuit : danger.
Pour augmenter la tension : série. Pour durer plus longtemps à la même tension : dérivation.
4Erreurs fréquentes
- Croire que deux piles de 4,5 V donnent toujours 9 V : c'est vrai seulement en série ; en dérivation, on a 4,5 V.
- Penser qu'une lampe brille plus fort avec des piles en dérivation : elle brille comme avec une seule pile, mais plus longtemps.
- Associer en dérivation des piles de tensions différentes : la plus forte se vide dans la plus faible.
- Inverser une pile dans une association en dérivation : c'est un court-circuit dangereux.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète :
a) En dérivation, on relie ensemble toutes les bornes … et toutes les bornes …
b) La tension de piles identiques en dérivation est … à celle d'une seule pile.
c) Ce montage permet à l'appareil de fonctionner plus …
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a) En dérivation, on relie ensemble toutes les bornes + et toutes les bornes −.
b) La tension de piles identiques en dérivation est égale à celle d'une seule pile.
c) Ce montage permet à l'appareil de fonctionner plus longtemps.
2Exercice 2
Donne la tension obtenue :
a) trois piles de 1,5 V en dérivation ;
b) trois piles de 1,5 V en série (même sens) ;
c) deux piles de 9 V en dérivation ;
d) deux piles de 9 V en série (même sens).
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a) En dérivation : U = 1,5 V.
b) En série : U = 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V.
c) En dérivation : U = 9 V.
d) En série : U = 9 + 9 = 18 V.
3Exercice 3
Réponds par vrai ou faux et corrige.
a) Deux piles identiques en dérivation font briller une lampe deux fois plus fort qu'une pile seule.
b) En dérivation, il faut utiliser des piles de même tension.
c) Inverser une pile dans une association en dérivation n'a aucune importance.
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a) Faux : la tension reste celle d'une pile, la lampe brille comme avec une seule pile (mais plus longtemps).
b) Vrai.
c) Faux : cela crée un court-circuit entre les piles, qui chauffent et peuvent couler ou éclater.
4Exercice 4
Lansana possède quatre piles rondes de 1,5 V et une lampe marquée « 3 V ».
a) Propose un montage des quatre piles pour que la lampe brille normalement le plus longtemps possible. (Aide : combine série et dérivation.)
b) Quelle tension reçoit la lampe dans ton montage ?
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a) On forme deux groupes de deux piles en série : chaque groupe donne 1,5 + 1,5 = 3 V. Puis on associe ces deux groupes en dérivation (bornes + des groupes ensemble, bornes − ensemble).
b) La lampe reçoit 3 V, sa tension nominale : elle brille normalement, et environ deux fois plus longtemps qu'avec un seul groupe de deux piles.
5Exercice 5
Dans l'installation solaire de la famille d'Aïssatou, les deux batteries sont de 12 V et sont branchées en dérivation.
a) Quelle tension alimente les lampes de la maison ?
b) Pourquoi le technicien a-t-il mis deux batteries au lieu d'une ?
c) Le frère d'Aïssatou veut débrancher puis rebrancher une batterie. Quelle erreur ne doit-il surtout pas commettre ? Pourquoi ?
d) Pourquoi ne faut-il pas remplacer une seule des deux batteries par une batterie de 6 V ?
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a) Batteries identiques en dérivation : les lampes sont alimentées sous 12 V.
b) Pour avoir une plus grande réserve d'énergie : la tension reste 12 V, mais les lampes peuvent fonctionner plus longtemps pendant la nuit.
c) Il ne doit jamais relier la borne + d'une batterie à la borne − de l'autre : ce serait un court-circuit, qui peut faire fondre les câbles et provoquer un incendie. Il doit relier rouge avec rouge (+) et noir avec noir (−), et laisser de préférence le technicien faire ce travail.
d) En dérivation, il faut des batteries de même tension. Une batterie de 12 V et une de 6 V en dérivation : la plus forte ferait circuler du courant dans la plus faible, ce qui les abîmerait et les ferait chauffer.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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