Tension, intensité et lois des circuits électriques

1. La tension électrique et l'intensité du courant

Pour comprendre les lois de l'électricité, il faut d'abord bien maîtriser les deux grandeurs fondamentales d'un circuit : la tension et l'intensité. Ce sont deux choses très différentes, même si on les confond souvent.

L'analogie avec l'eau

Pour bien comprendre, imagine un circuit d'eau fermé :

• La tension, c'est comme la pression de l'eau : c'est la « force » fournie par le générateur (pile, prise…) qui pousse les charges électriques à circuler dans le circuit. Sans tension, pas de courant — comme sans pression, l'eau ne coule pas.
• L'intensité, c'est comme le débit d'eau : c'est la quantité de charges électriques qui passe en un point du circuit chaque seconde. Plus l'intensité est grande, plus il y a de courant qui circule.

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1.1 La tension électrique

La tension électrique est la différence d'énergie électrique entre deux points d'un circuit. C'est elle qui est responsable de la circulation du courant.

• Symbole : U
• Unité : le volt, symbole V, en hommage au physicien italien Alessandro Volta (1745–1827), inventeur de la première pile électrique.
• Instrument de mesure : le voltmètre

Comment la tension agit-elle ? Le générateur (pile, batterie, prise secteur) crée une différence de tension entre sa borne + et sa borne −. Cette différence « pousse » les charges à se déplacer dans le circuit, de la même manière que la différence de hauteur entre un réservoir et un robinet fait couler l'eau.

Ordres de grandeur :

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Mesurer la tension : le voltmètre

Le voltmètre se branche en dérivation (= en parallèle), c'est-à-dire aux bornes du dipôle dont on veut mesurer la tension, sans ouvrir le circuit.

Règles de branchement du voltmètre :

1. En dérivation : on branche les deux fils du voltmètre aux bornes du dipôle, sans couper le circuit.
2. La borne COM (commune, souvent noire) se branche du côté relié à la borne − du générateur.
3. La borne V (souvent rouge) se branche du côté relié à la borne + du générateur.
4. Si la valeur affichée est négative, c'est que les bornes sont inversées (pas grave, il suffit d'inverser les fils).

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1.2 L'intensité du courant

L'intensité du courant mesure le débit de charges électriques qui circulent en un point du circuit. C'est la quantité d'électricité qui passe chaque seconde.

• Symbole : I
• Unité : l'ampère, symbole A, en hommage au physicien français André-Marie Ampère (1775–1836).
• Instrument de mesure : l'ampèremètre

Plus l'intensité est grande :

• Plus une lampe brille fort
• Plus un moteur tourne vite
• Plus un radiateur chauffe

Ordres de grandeur :

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Mesurer l'intensité : l'ampèremètre

L'ampèremètre se branche en série, c'est-à-dire qu'il faut ouvrir le circuit et intercaler l'appareil pour que tout le courant passe à travers lui.

Règles de branchement de l'ampèremètre :

1. En série : on ouvre le circuit à l'endroit où on veut mesurer l'intensité, et on intercale l'ampèremètre.
2. La borne COM se branche du côté relié à la borne − du générateur.
3. La borne A (ou mA pour les petites intensités) se branche du côté relié à la borne + du générateur.
4. Ne jamais brancher un ampèremètre en dérivation : cela provoquerait un court-circuit (l'ampèremètre a une résistance quasi nulle).

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1.3 Résumé : tension vs intensité

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2. Le circuit en série

Dans un circuit en série, les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres. Le courant ne peut suivre qu'un seul chemin.

2.1 Loi d'additivité des tensions (circuit en série)

$U_G = U_1 + U_2 + \ldots$

Exemple : si le générateur fournit U_G = 12 V et que la lampe L₁ a une tension U₁ = 7 V à ses bornes, alors la tension aux bornes de L₂ est :

U₂ = U_G − U₁ = 12 − 7 = 5 V

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2.2 Unicité de l'intensité (circuit en série)

$I = I_1 = I_2 = \ldots$

Le courant n'a qu'un seul chemin : il traverse tous les dipôles avec le même débit. Si on mesure l'intensité avant L₁, entre L₁ et L₂, ou après L₂, on trouve la même valeur.

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3. Le circuit en dérivation

Dans un circuit en dérivation (ou « en parallèle »), les dipôles sont branchés sur des branches différentes. Le courant peut suivre plusieurs chemins.

3.1 Unicité de la tension (circuit en dérivation)

$U_G = U_1 = U_2 = \ldots$

Toutes les branches sont connectées entre les mêmes nœuds (A et B), elles « voient » donc la même tension.

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3.2 Additivité de l'intensité (circuit en dérivation)

$I = I_1 + I_2 + \ldots$

Le courant se partage au nœud A entre les différentes branches, puis se regroupe au nœud B.

Exemple : si I = 0,6 A et I₁ = 0,4 A, alors :

I₂ = I − I₁ = 0,6 − 0,4 = 0,2 A

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4. Résumé des 4 lois de l'électricité

Astuce pour retenir : en série, la tension s'additionne et l'intensité reste la même. En dérivation, c'est l'inverse : la tension reste la même et l'intensité s'additionne.

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5. Tension et intensité nominales

Chaque dipôle (lampe, moteur…) possède des valeurs nominales : la tension et l'intensité pour lesquelles il fonctionne normalement.

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6. Sécurité électrique

Les installations électriques comportent des dispositifs de protection pour éviter les accidents.

6.1 Le court-circuit

Un court-circuit se produit quand le courant prend un raccourci en passant par un fil de très faible résistance, sans traverser les dipôles. L'intensité augmente alors brutalement et peut provoquer un échauffement dangereux (incendie).

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6.2 La surintensité

Une surintensité se produit quand l'intensité dans un circuit dépasse la valeur maximale supportée par les fils ou les appareils. Cela peut arriver en cas de court-circuit ou si on branche trop d'appareils sur la même prise (surcharge).

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6.3 Les dispositifs de protection

Point commun : les deux coupent le circuit quand l'intensité est trop forte.

Différence clé : le fusible est à usage unique (il fond, il faut le remplacer), tandis que le disjoncteur est réarmable (on le remet en marche après avoir résolu le problème).

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Règles de sécurité à la maison

• Ne jamais surcharger une multiprise (trop d'appareils branchés = surintensité).
• Ne jamais remplacer un fusible par un fil métallique (le circuit ne serait plus protégé).
• Ne pas toucher un appareil électrique avec les mains mouillées (l'eau facilite le passage du courant à travers le corps).
• Respecter les tensions nominales des appareils.

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📌 À retenir

1. La tension (en volts, V) se mesure avec un voltmètre branché en dérivation. L'intensité (en ampères, A) se mesure avec un ampèremètre branché en série.
2. Circuit en série : la tension est additive (U_G = U₁ + U₂) et l'intensité est unique (I = I₁ = I₂).
3. Circuit en dérivation : la tension est unique (U_G = U₁ = U₂) et l'intensité est additive (I = I₁ + I₂).
4. Chaque dipôle a une tension nominale et une intensité nominale : les dépasser provoque une surtension dangereuse.
5. Le fusible (à usage unique) et le disjoncteur (réarmable) protègent les circuits contre les surintensités et les courts-circuits.