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La façon la plus simple de décrire un circuit électrique monté en série est de dire que c'est une chaine de composants mis les uns à la suite des autres. Ils sont tous sur le même fil électrique, lequel est traversé par un courant. Il n'y a pas de branches secondaires, tout le courant circule dans un seul circuit. Quand vous aurez assimilé ce concept, il vous sera facile de calculer l'intensité du courant qui circule.
Étapes
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Sachez ce qui se cache sous la notion de « courant ». Par courant électrique, on entend le déplacement (à l'intérieur d'un conducteur) de charges généralement négatives appelées électrons . C'est aussi la quantité de charges qui se déplacent par unité de temps. Que sont la charge et les électrons ? Un électron est une particule chargée négativement. Par charge, on entend la propriété de la matière à être électriquement positive, négative ou neutre. Il en résulte, comme on peut le constater avec des aimants, que deux charges de même nature s'attirent, tandis que deux charges de nature différente se repoussent.
- Pour mieux comprendre, prenons l'image de l'eau. Cette dernière est composée de molécules de H2O, à savoir 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène, liés ensemble.
- Prenons un ruisseau qui s'écoule, l'eau qui passe devant vous est composée de millions, de milliards de molécules de ce type. Si l'on devait faire une comparaison, le courant électrique serait le ruisseau, l'électron serait la molécule d'eau et la charge représenterait les atomes.
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Comprenez bien ce qu'on entend par « tension » électrique (ou voltage). C'est la « force » qui pousse en quelque sorte le courant dans le circuit. Elle est la circulation du champ électrique. Pour mieux nous faire comprendre, nous prendrons l'exemple d'une pile. À l'intérieur de cette dernière se crée une réaction chimique qui libère des électrons à la borne positive.
- Maintenant, relions les bornes via un câble électrique : les électrons, générés par la pile, iront de la borne positive à la borne négative, d'après le principe évoqué précédemment selon lequel deux charges de même nature s'attirent.
- Ajoutons que, conformément à la loi de conservation de la charge électrique (laquelle établit que la charge électrique d'un système isolé est un invariant), les électrons ont tendance à aller des zones de forte concentration d'électrons vers celles de plus faible concentration. Dans notre cas, c'est de la borne positive (forte) vers la négative (faible).
- Ce déplacement crée une différence de potentiel entre les deux bornes, c'est ce qu'on appelle aussi la « tension électrique ».
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Comprenez ce qu'est le phénomène de « résistance » en électricité. C'est l'aptitude d'un matériau conducteur à ralentir le passage du courant électrique.
- Les résistances (les bien nommées !) sont des composants dont le but est de ralentir la circulation des électrons. On les monte sur des circuits pour réguler le courant.
- Sans elles, les électrons circulent sans entrave et cela peut aboutir à une surtension sur certains circuits, laquelle peut entrainer un incendie. Elles réduisent l'intensité d'un circuit.
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Méthode 2
Méthode 2 sur 4:
Trouver l'intensité d'un courant dans un circuit monté en série
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Trouvez la résistance totale du circuit. Prenons une image : vous utilisez une paille pour boire et vous la pincez successivement à différents niveaux entre vos doigts. Que remarquez-vous ? Vous absorbez de moins en moins de liquide, le flux est amoindri. Ainsi agissent les résistances sur un circuit électrique : elles bloquent partiellement le courant. Quand les résistances sont montées sur un même câble, l'une après l'autre, on dit qu'elles sont montées « en série ». En ce cas, la formule de calcul de la résistance totale du circuit est simple et est la suivante.
- R totale = R1 + R2 + R3.
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Trouvez la tension totale (U) du circuit. Le plus souvent, on vous la donne, mais il peut arriver qu'il faille la calculer. En ce cas, on utilise la formule suivante.
- U totale = U1 + U2 + U3 (U1 est la tension aux bornes de R1, etc.).
- Pourquoi cette formule si simple ? Reprenons l'image de la paille : après l'avoir pincée, que se passe-t-il ? Il faut aspirer plus fort pour faire monter le liquide. Plus il y aura de pincements, plus il faudra aspirer fort. On a bien une addition.
- Cette « force » d'aspiration, si l'on revient au circuit électrique, est ce qu'on appelle la « tension », c'est elle qui détermine la quantité de courant qui passe. Ainsi donc, la tension totale s'obtient en additionnant les tensions aux bornes de chacune des résistances.
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Calculez l'intensité totale du circuit. Reprenons l'image de la paille : malgré la présence des pincements, la quantité d'eau a-t-elle changé pour autant ? Réponse : non ! Vous aspirez plus, mais la quantité de liquide absorbée reste la même par unité de temps. Cette vitesse d'absorption est la même à chaque entrée et chaque sortie des pincements. On peut donc établir l'égalité suivante.
- I1 = I2 = I3 = I totale .
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Rappelons ici ce qu'est la loi d'Ohm. Elle va nous sauver. En effet, nous n'avons pas l'intensité du courant au niveau de chaque résistance, mais nous avons la tension et la résistance. La loi d'Ohm établit un lien entre U (la tension), R (la résistance) et I (l'intensité) :
- U = IR .
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Résolvez le problème suivant. Soit trois résistances montées en série, R1 = 10 Ω, R2 = 2 Ω et R3 = 9 Ω. Le circuit est traversé par par un courant de 2,5 V. Question : « calculez l'intensité totale du circuit ». Commencez par calculer la résistance totale du circuit :
- R totale = R1 + R2 + R3 = 10 Ω + 2 Ω + 9 Ω ;
- soit R totale = 21 Ω .
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Utilisez ensuite la loi d'Ohm pour trouver l'intensité :
- U totale = I totale x R totale ;
- I totale = U totale / R totale ;
- I totale = 2,5 V / 21 Ω ;
- I totale = 0,1190 A .
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Méthode 3
Méthode 3 sur 4:
Trouver l'intensité d'un courant dans un circuit monté en parallèle
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Comprenez ce qu'est un circuit monté en parallèle. Comme son nom l'indique, c'est un circuit sur lequel les composants sont montés en… parallèle (on dit aussi en « dérivation »). Il faut alors faire un câblage particulier avec un certain nombre de branches que le courant général va parcourir.
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Calculez alors la tension totale d'un tel circuit. Nous ne reviendrons pas sur les définitions et passerons directement aux calculs. Prenons l'exemple d'un tuyau de gros diamètre dans lequel circule de l'eau. Admettons ensuite qu'il se divise en deux autres tuyaux, l'un plus gros que l'autre. L'eau doit-elle être mue par une force plus grande pour emplir les deux tuyaux ? Réponse : non ! Elle va se répartir dans les deux tuyaux avec des forces différentes, en fonction des diamètres. Dans un circuit électrique monté en parallèle, c'est la même chose : la tension générale se répartit en fonction du nombre de branches de dérivation. C'est pourquoi :
- U totale = U1 + U2 + U3 .
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Calculez la résistance totale du circuit. Admettons que vous vouliez réguler le flux d'eau dans vos tuyaux. Allez-vous bloquer le débit de tous les tuyaux ? Allez-vous boucher un seul des tuyaux secondaires ou alors bloquer partiellement et à plusieurs endroits ce même débit ? C'est cette dernière image qu'il faut garder dans le cas d'un circuit électrique qui se divise. Si les résistances sont montées en série, elles vont sérieusement réduire progressivement l'intensité du courant, bien plus que s'il y avait eu un montage en parallèle. Dans ce dernier cas, la formule de calcul de la résistance totale est :
- 1/R totale = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) .
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Calculez l'intensité totale. Reprenons l'exemple de l'eau dans les tuyaux : le flux d'eau du tuyau principal se divise en flux secondaires dans des tuyaux plus petits. Il se passe la même avec un circuit en parallèle. L'intensité totale se divise en intensités secondaires dans chacune des branches. Ce partage n'est pas forcément équitable, puisque ces branches ne comportent pas forcément les mêmes composants ou le fil électrique n'est pas de la même section. En conséquence, la formule de calcul de l'intensité totale se résume à la somme des intensités sur chacune des branches du circuit.
- I totale = I1 + I2 + I3 .
- Ici, il n'est pas possible d'utiliser cette formule étant donné que l'on ne connait pas les différentes intensités. Il faut donc recourir à la loi d'Ohm.
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Résolvez le problème suivant. Soit un circuit fermé qui comprend 2 branches sur lesquelles on trouve 4 résistances, à raison de 2 par branche. La branche 1 comporte une première résistance, R1 = 1 Ω et une seconde, R2 = 2 Ω ; la branche 2 est équipée de deux autres résistances, l'une, R3 = 0,5 Ω et l'autre, R4 = 1,5 Ω. Sur chacune des branches, les résistances sont montées en série. La tension de la branche 1 est de 3 volts. Question : « Trouvez l'intensité totale ».
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Commencez par déterminer la résistance totale du circuit. Si les résistances sont montées en série, vous devez calculer la résistance dans chacune des branches du circuit. Cela nous donne le décompte suivant :
- R totale (1&2) = R1 +R2 ;
- R totale (1&2) = 1 Ω + 2 Ω ;
- R totale (1&2) = 3 Ω ;
- R totale (3&4) = R3 + R4 ;
- R totale (3&4) = 0,5 Ω + 1,5 Ω ;
- R totale (3&4) = 2 Ω .
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Pour des résistances montées en série, il faut appliquer la formule. Si vous avez un circuit avec des branches montées en parallèle, il faut utiliser une formule spéciale. Elle est la suivante :
- (1/R totale ) = (1/R totale (1&2)) + (1/R totale (3&4)) ;
- (1/R totale ) = (1/3 Ω) + (1/2 Ω) ;
- (1/R totale ) = ⅚ ;
- (1/R totale ) = 1,2 Ω .
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Calculez la tension totale. La tension d'un circuit est la somme des tensions, ce qui donne ici :
- U totale = U1 = 3 V .
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Servez-vous de la loi d'Ohm pour trouver l'intensité totale. Il faut un peu manipuler l'équation pour isoler l'intensité, ce qui donne :
- U totale = I totale x R totale ;
- I totale = U totale /R totale ;
- I totale = 3V/1,2 Ω ;
- I totale = 2,5 A .
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Conseils
- La résistance totale d'un circuit monté en parallèle est toujours inférieure à N'IMPORTE LAQUELLE des résistances du circuit.
- Éléments de vocabulaire
- Circuit – montage électrique composé de différents éléments (comme des résistances, des condensateurs, des inducteurs) reliés par du câble électrique et à l'intérieur duquel circule le courant.
- Résistances – éléments qui ralentissent le passage du courant électrique.
- Intensité (I) – charge électrique portée par les électrons traversant une section de circuit pendant une seconde. L'unité est l'ampère (A).
- Tension (U) – circulation du champ électrique le long d'un circuit. L'unité est le volt (V).
- Résistance (R) – mesure de l'aptitude d'un matériau conducteur à ralentir le passage du courant électrique. L'unité est l'ohm (Ω).
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Références
- Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California : Brooks/Cole. 2010. Ebook
À propos de ce wikiHow
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