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Définition d'uncircuitsimple
Tout d'abord, définissons ce qu'est exactement un circuit électrique.
Un circuit électrique est composé de boucles électriques qui peuvent inclure des fils, des piles, des résistances, des ampoules, des condensateurs, des inducteurs, des interrupteurs, des ampèremètres, des voltmètres, etc.
Lorsque ces boucles électriques sont fermées, un courant peut les traverser. En revanche, lorsqu'elles sont ouvertes, le courant ne peut pas y circuler.
Pour qu'un circuit électrique fonctionne, il faut au minimum trois types d'éléments :
une source d'énergie (par exemple une batterie),
un consommateur d'énergie (par exemple une ampoule),
un chemin conducteur (par exemple, des fils).
Une fois qu'un circuit électrique fonctionnel est créé, d'autres éléments tels que des inducteurs, des ampèremètres et des interrupteurs peuvent être ajoutés, en fonction de l'objectif du circuit spécifique.
Schéma de circuit simple
Chaque élément du circuit a un symbole commun qui est utilisé pour créer des schémas de circuit. Une liste des principaux éléments est compilée dans la figure 1 ci-dessous.
Fig. 1 - Les symboles couramment utilisés pour les éléments des schémas de circuit.
Certains de ces éléments, comme les résistances, peuvent être classés comme fixes ou variables. Une résistance fixe implique simplement que sa résistance reste constante et ne peut pas être réglée, tandis qu'une résistance variable a une résistance réglable. Les éléments variables sont indiqués par une flèche barrée en diagonale.
Les propriétés d'un circuit électrique spécifique dépendent de la disposition et des caractéristiques de chaque élément. Il est souvent nécessaire de connecter plusieurs composants à une source d'électricité afin qu'un élément puisse faire partie de plusieurs boucles électriques simultanément. Ils peuvent être connectés ensérie ou enparallèle . Examinons ces deux types de circuits plus en profondeur.
Circuit en série simple
L'une des principales façons d'assembler des circuits électriques consiste à connecter des éléments en série.
Une connexionen série est une connexion dans laquelle les éléments du circuit sont connectés de telle sorte que toute charge passant par un élément doit passer par l'autre et n'a pas d'autre chemin disponible entre eux.
Dans un montage en série, le même courant \(I\) circule dans tous les éléments. Une différence de potentiel \(V\) se produit sur chacun des éléments et diffère en fonction de leur résistance.
Fig. 2 - Schéma d'un circuit en série composé de trois résistances.
Par exemple, si plusieurs résistances sont connectées en série comme sur la figure 2 ci-dessus, la somme des tensions individuelles est la tension totale fournie. Ici, le circuit se compose de trois consommateurs, mais si nous continuons à additionner les tensions, l'expression générale de la différence de potentiel totale peut être exprimée comme suit
\[ V_{text{series}=\sum_{i=1}^n V_i=V_1+V_2+ \dots,\]
où \(n\) indique le nombre de consommateurs (dans l'exemple ci-dessus, \(n=3\)).
Cela signifie que toutes les résistances de la connexion en série peuvent être remplacées par un consommateur équivalent, dont la différence de potentiel peut être trouvée en utilisant la résistance totale de toutes les résistances ensemble plutôt qu'individuellement. L'équation permettant de trouver la résistance totale d'une connexion en série est la suivante
\[R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i=R_1+R_2+ \dots.\]
Plus il y a de résistances connectées dans un circuit en série, plus la résistance de l'ensemble du système sera importante.
Un circuit en série présente certains inconvénients. Si l'un des éléments d'un circuit en série cesse de fonctionner ou est déconnecté, tout le circuit est immédiatement interrompu. De plus, la tension fournie est répartie entre tous les composants de façon proportionnelle, en fonction de leur résistance. Si l'un des éléments - par exemple, l'ampoule - a besoin d'une quantité spécifique de tension pour s'allumer, la source peut ne pas lui en fournir suffisamment pour qu'il fonctionne correctement, car d'autres éléments partagent la même alimentation en tension.
Circuit parallèle simple
Dans un circuit parallèle, les sorties respectives de tous les composants sont connectées au pôle correspondant de la source d'alimentation, créant ainsi un circuit électrique ramifié.
Une connexion parallèle est une connexion dans laquelle les charges peuvent passer par l'un des deux chemins ou plus .
Le courant électrique \(I\), qui part du pôle positif de la source, est divisé entre tous les éléments, puis fusionne à nouveau au pôle négatif de la batterie. Dans un circuit parallèle, la différence de potentiel \ (V\) est la mêmesur chaque chemin, fournie par la force électromotrice (emf) de la source d'énergie. La figure 3 ci-dessous donne un exemple de circuit parallèle composé de trois résistances.
Fig. 3 - Schéma d'un circuit parallèle composé de trois résistances.
À partir de cet exemple de circuit parallèle, nous pouvons obtenir la forme générale des trois principales propriétés d'un circuit. La différence de potentiel reste constante, tandis que le courant total est la somme des courants traversant les composants individuels :
\[ I_\text{parallèle}=\sum_{i=1}^n I_i=I_1+I_2+\dots,\]
où \(n\) indique à nouveau le nombre de consommateurs.
Enfin, la réciproque de la résistance totale est la somme des réciproques de toutes les résistances des consommateurs :
\[\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots.\]
L'un des avantages de connecter des éléments dans un circuit parallèle est que la résistance peut être réduite. De plus, si une partie du circuit se brise, le courant continue de circuler dans les autres, contrairement au cas d'un circuit en série. Par exemple, dans un appartement, toutes les ampoules et tous les appareils électriques sont branchés en parallèle. De plus, chaque appartement d'un immeuble est ensuite connecté au réseau électrique général en parallèle. Ainsi, si l'un des propriétaires décide de faire des travaux, il ne peut couper l'électricité que dans son logement.
Exemples de circuits simples
Examinons un problème d'exemple, impliquant des composants à la fois en série et en parallèle.
Nous avons le circuit suivant, composé de trois résistances, comme le montre la figure 4.
Fig. 4 - Exemple de circuit dans lequel trois résistances sont connectées à la fois en série et en parallèle les unes aux autres.
Simplifie les résistances en une seule résistance et calcule le courant qui la traverse, si le circuit est alimenté par \(12\,\mathrm{V}\).
Réponds
Les résistances \N(3,2 \N,\NOmega\N) et \N(2,5 \N,\NOmega\N) sont connectées en série, nous utilisons donc l'équation suivante
\begin{align}R_{mathrm{series}}&= \sum_{i=1}^2R_i \\&= 3.2 \rm{\Omega} + 2.5 \rm{\Omega} \rm{\Omega} &= 5.7 \rm{\Omega}. \Nend{align}
Maintenant, ces deux résistances peuvent être remplacées par une nouvelle résistance \N (5,7 \N,\NOmega\N) , qui est parallèle à la résistance \N (4,8 \N,\NOmega\N), nous utilisons donc \N (4,8 \N)\N(4,8 \N,\NOmega\N).
\begin{align} R_{\mathrm{parallèle}}& = \left(\sum_{i=1}^2\frac{1}{R_i}\right)^{-1} \ & = \frac{R_1 \, R_2}{R_1 + R_2}\& = \frac{ 5.7 \, \Omega \times 4.8 \, \Omega}{5.7 \, \Omega + 4.8 \, \Omega}\\&= \frac{27 \, \Omega^2}{10.5 \, \Omega}\\& = 2.6 \, \Omega. \Nend{align}
Le circuit final est maintenant constitué d'une seule résistance d'une valeur de \(2,6 \N, \NOmega\N).
Enfin, appliquons la loi d'Ohm pour trouver le courant :
\begin{align} I&=\frac{V}{R} =\frac{12\\rmathrm{V}}{2,6\rm, \rméga} =4,6\rmathrm{A}. \Nend{align}
Circuit simple - Ce qu'il faut retenir
- Un circuit électrique est composé de boucles électriques qui peuvent inclure des fils, des piles, des résistances, des ampoules, des condensateurs, des inducteurs, des interrupteurs, des ampèremètres, des voltmètres, etc.
- Lorsque les boucles électriques sont fermées, un courant les traverse. En revanche, lorsqu'elles sont ouvertes, il n'y a pas de circulation de courant possible.
- Les propriétés d'un circuit électrique spécifique dépendent de la disposition et des caractéristiques de chaque élément.
- Un montageen série est un montage dans lequel les éléments du circuit sont connectés de telle sorte que toute charge passant par un élément doit passer par l'autre et n'a pas d'autre chemin disponible entre eux.
- Dans un montage en série, un courant constant traverse tous les éléments tandis que la différence de potentiel \(V\) diffère en fonction de la résistance de chaque consommateur.
- La différence de potentiel totale dans un circuit en série peut être exprimée comme suit : \(V_\text{series}=\sum_{i=1}^n V_i.\)
- Une connexion parallèle est une connexion dans laquelle les charges peuvent passer par l'un de deux chemins ou plus .
- Dans un circuit parallèle, lecourant électrique est réparti entre tous les éléments en fonction de leur résistance, tandis que, , la différence de potentiel reste la mêmesur chaque chemin .
- Le courant total d'un circuit parallèle peut être exprimé comme suit : (I_\text{parallèle}=\sum_{i=1}^n I_i.\N)
Références
- Fig. 1 - Éléments d'un schéma de circuit, StudySmarter Originals.
- Fig. 2 - Schéma d'un circuit en série, StudySmarter Originals.
- Fig. 3 - Schéma d'un circuit en parallèle, StudySmarter Originals.
- Fig. 4 - Exemple de schéma de circuit, StudySmarter Originals.
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