C1 · La chaîne de mesure
1. Qu'est-ce que l'électricité ?
Qu'est-ce qu'un courant électrique ?
Dans un fil métallique, il y a des atomes rangés et fixes, mais aussi une multitude d'électrons libres qui n'appartiennent à aucun atome en particulier : ils appartiennent à tout le fil.
Sans rien, ces électrons s'agitent dans tous les sens, sans direction : rien ne circule. Dès qu'on ferme le circuit sur une pile, ils se mettent tous à glisser doucement dans le même sens. Ce déplacement d'ensemble, c'est le courant électrique.
Un circuit fermé : pile, interrupteur et lampe dans une seule boucle
À RETENIR : le courant est le déplacement d'ensemble, dans le même sens, des électrons libres d'un métal, le long d'une boucle fermée. Ces électrons sont déjà là : la pile ne les crée pas, elle les met en mouvement. Coupe la boucle, et le courant s'arrête.
Pourquoi la lampe s'allume-t-elle instantanément ?
Chaque électron pousse son voisin, qui pousse le suivant : la « poussée » se transmet de proche en proche dans tout le fil, presque instantanément — exactement comme la vibration d'un son se propage de molécule en molécule.
Il ne faut donc pas confondre deux vitesses : chaque électron avance très lentement (moins d'un millimètre par seconde), alors que la poussée, elle, file à environ 200 000 km.s⁻¹.
Analogie de la chaîne de vélo : la pile est le pédalier qui entraîne toute la chaîne, la lampe est un frein qui frotte
2. L'intensité : le débit de charges
Que mesure l'intensité ?
L'intensité, notée I, mesure combien de charges passent par seconde à un endroit du fil. C'est un débit.
Son unité est l'ampère (A). On la mesure avec un ampèremètre, branché en série, c'est-à-dire dans le fil, sur le passage des charges.
Deux ampèremètres placés en série de part et d'autre d'une lampe affichent la même valeur
L'intensité est-elle la même partout dans une boucle ?
Oui. Dans un circuit en série (une seule boucle), l'intensité est la même partout. Les charges électriques circulent sans être consommées : la pile leur fournit de l'énergie, puis les composants reçoivent et convertissent cette énergie.
3. La loi des nœuds
Que devient le courant quand il se sépare ?
Un nœud est un point où les fils se séparent. À un nœud, la somme des intensités qui arrivent est égale à la somme de celles qui repartent :
- I : intensité du courant principal (en A) ;
- I₁, I₂ : intensités dans chaque branche (en A).
Le courant principal I arrive puis se partage entre deux lampes en dérivation
C'est logique : aucune charge ne disparaît ni n'apparaît. On dit que les charges se conservent.
4. La tension : ce qui pousse
Que mesure la tension ?
La tension, notée U, indique l'énergie que les charges peuvent recevoir ou céder lorsqu'elles se déplacent entre deux points.
Son unité est le volt (V). On la mesure avec un voltmètre, branché en dérivation, c'est-à-dire aux bornes du composant.
Dans l'analogie de la chaîne, la tension de la pile est l'énergie que le pédalier donne à chaque maillon. Aux bornes de la lampe, les charges rendent cette énergie, et la lampe éclaire.
Précision : le volt n'est pas exactement une unité d'énergie, mais une énergie par unité de charge. On simplifie ici, le temps de se familiariser avec les charges.
5. La loi des mailles
Comment se répartissent les tensions sur une boucle ?
Sur une maille (une boucle), la tension du générateur se répartit sur les composants :
- U : tension aux bornes du générateur (en V) ;
- U₁, U₂ : tensions aux bornes de chaque récepteur (en V).
La tension U de la pile se répartit sur les deux lampes en série : U = U₁ + U₂
L'énergie donnée par la pile est entièrement cédée le long du parcours : c'est la conservation de l'énergie.
Et quand deux dipôles sont en dérivation ?
Deux branches montées en parallèle ont la même tension à leurs bornes.
6. Mesurer sans se tromper
Comment brancher le multimètre ?
Le multimètre est un appareil « couteau suisse » : selon le réglage, il mesure une tension, une intensité ou une résistance.
Le multimètre : le cadran choisit la grandeur, les trois bornes du bas reçoivent les fils
| Appareil | Grandeur mesurée | Réglage et bornes | Branchement |
|---|---|---|---|
| Ampèremètre | intensité, en A | cadran sur A–, bornes « A » et « COM » | en série : on coupe le circuit |
| Voltmètre | tension, en V | cadran sur V–, bornes « V » et « COM » | en dérivation : on ne coupe rien, on se pose à côté |
À RETENIR : ampèremètre = on coupe le circuit ; voltmètre = on se pose à côté du dipôle.
⚠️ Sécurité : ne branche jamais l'ampèremètre directement aux bornes de la pile — c'est un court-circuit. Dans le doute sur un calibre, commence toujours par le plus grand (borne 10 A), et fais vérifier ton premier montage.