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. Il y a aussi une multitude d'électrons libres, qui n'appartiennent à aucun atome en particulier. Ces électrons appartiennent à tout le fil.
Sans pile, ces électrons s'agitent dans tous les sens, donc rien ne circule. Quand on ferme le circuit sur une pile, ils se mettent tous à glisser doucement dans le même sens. Ce déplacement d'ensemble s'appelle le courant électrique.
À RETENIR : le courant est le déplacement d'ensemble des électrons libres d'un métal, tous dans le même sens, le long d'une boucle fermée. Ces électrons sont déjà dans le fil. La pile ne les crée pas, elle les met en mouvement. Si tu coupes la boucle, 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 donc de proche en proche dans tout le fil, presque instantanément. C'est comme la vibration d'un son, qui passe de molécule en molécule, mais la poussée va beaucoup plus vite.
Il ne faut donc pas confondre deux vitesses. Chaque électron avance très lentement, à moins d'un millimètre par seconde. Mais la poussée se propage à environ 200 000 km.s⁻¹.
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.
Dans quel sens circule le courant ?
Par convention, le courant circule de la borne + vers la borne − du générateur, dans le circuit extérieur. C'est le sens conventionnel du courant. Mais les électrons se déplacent dans l'autre sens.
L'intensité est-elle la même partout dans une boucle ?
Oui. Dans un circuit en série, il n'y a qu'une seule boucle, et l'intensité est la même partout. Les charges électriques circulent sans être consommées. La pile leur fournit de l'énergie, puis les composants reçoivent cette énergie et la convertissent.
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).
Cette loi est logique, car aucune charge ne disparaît et aucune 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.
Sur un schéma, on représente une tension par une flèche tracée le long du dipôle, orientée de la borne − vers la borne +.
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 : la tension est en réalité une énergie par unité de charge, et le volt n'est donc pas tout à fait une unité d'énergie. On simplifie ici, le temps que tu te familiarises avec les charges.
5. La loi des mailles
Comment se répartissent les tensions sur une boucle ?
Une maille est une boucle du circuit. Sur une maille, 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).
L'énergie donnée par la pile est entièrement cédée aux composants le long du parcours. On parle de 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 à plusieurs usages. Selon le réglage, il mesure une tension, une intensité ou une résistance.
| 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, car cela crée un court-circuit. Si tu as un doute sur le calibre, commence toujours par le plus grand (borne 10 A). Fais vérifier ton premier montage.