Les lois de l'electricite (Tension et Intensite)

M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4ème

Sources : 4C8-lois-electricite-p1-tension.pdf + 4C8-lois-electricite-p2-intensite.pdf

Objectifs et competences

Repères du programme de cycle 4 (BO 2020) :

Utiliser les lois de l'electricite (Kirchhoff)
Appliquer la loi des mailles et la loi des noeuds

Competences du socle :

D1.3 : Utiliser les langages scientifiques (formules, schemas)
D4 : Systemes naturels et techniques

A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :

Appliquer l'additivite des tensions en serie ( $U_G$ = U₁ + U₂)
Appliquer l'unicite de la tension en derivation
Appliquer la loi des noeuds (I = I₁ + I₂)
Verifier la conservation du courant en serie

Modèle utilisé : fils de connexion idéaux, appareils de mesure idéaux et tension du générateur maintenue. Un partage égal des tensions n’est utilisé que pour des lampes identiques, placées dans les mêmes conditions. Sur un vrai montage, on compare les valeurs dans la limite des incertitudes.

Tableau de synthèse

	Série	Dérivation
Tension U	$U_G$ = U₁ + U₂ (additivité)	$U_G$ = U₁ = U₂ (unicité)
Intensité I	I identique en tout point	I = I₁ + I₂ (loi des nœuds)

Image de référence : synthese-lois-tension-intensite-schema-bilan.jpg

Partie 1 — Lois de la tension

Circuit en série

U_G = U_1 + U_2

La tension du générateur se partage entre les récepteurs.

Circuit en dérivation

U_G = U_1 = U_2

Chaque branche reçoit la même tension que le générateur.

Application maison : Les prises électriques sont en dérivation → chaque appareil reçoit 230V indépendamment.

Partie 2 — Lois de l'intensité

Circuit en série — Conservation du courant

L'intensité I est identique en tout point de la boucle (une seule boucle = même courant partout).

Circuit en dérivation — Loi des nœuds

I = I_1 + I_2

Au nœud A, le courant se divise en branches.
Au nœud B, les courants se réunissent.

Formule générale :

\sum I_{\text{entrants}} = \sum I_{\text{sortants}}

Image de référence : loi-des-noeuds-intensite-schema.jpg

TP de référence

TP simulation PhET : pile 9V, 5 lampes identiques en série → 1,80V chacune ; circuit mixte → 4,50V / 9,00V / 3,00V
Lien PhET : https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-construction-kit-dc_all.html?locale=fr

Erreurs frequentes a eviter

Confondre loi des noeuds et loi des mailles : la loi des noeuds concerne les intensites (I = I₁ + I₂) dans un circuit en derivation. La loi des mailles (additivite des tensions) concerne les tensions en serie (U = U₁ + U₂)
Appliquer la loi d'additivite des tensions dans un circuit en derivation : en derivation, les tensions sont EGALES (U = U₁ = U₂), pas additives. L'additivite ne s'applique qu'en serie
Oublier que l'intensite est la meme partout dans un circuit en serie : dans un circuit en serie, le courant n'a qu'un seul chemin. L'intensite est donc identique en tout point de la boucle

Differenciation

Remediation : sur deux schemas (un circuit serie, un circuit derivation), completer les valeurs manquantes de tension ou d'intensite en appliquant la bonne loi. Utiliser le tableau de synthese comme aide
Approfondissement : a partir d'un circuit mixte (serie + derivation) avec des valeurs partielles, retrouver toutes les tensions et intensites en combinant loi des noeuds et additivite des tensions

Ressources liees

H5P tension : ../sources/ch08-lois-electricite/physique-chimie-4eme-ch8-lois-tension.h5p
H5P intensite : ../sources/ch08-lois-electricite/physique-chimie-4eme-ch8-lois-intensite.h5p (+ illustre)
H5P TP tension : ../sources/ch08-lois-electricite/physique-chimie-4eme-lois-tension-serie-derivation.h5p
H5P exercices p.121 : ../sources/ch08-lois-electricite/physique-chimie-4eme-exercices-p121-intensite.h5p
Liens web S1 — PhET labo circuits DC

Precedent : Ch.7 — Utilisation du multimetre
Suivant : Ch.9 — Resistance et loi d'Ohm
Voir aussi : Ch.6 — Rappels (symboles, serie/derivation)
Index 4eme