Lernzettel: Circuit en dérivation et série des composants électriques

📋 Plan du Cours

1. Placement de l’ampèremètre dans le circuit
2. Loi des nœuds en dérivation
3. Loi des tensions en série des DEL
4. DEL en dérivation et tension identique
5. Choix du montage selon la tension des DEL
6. Association moteurs et lampe en dérivation

📖 1. Placement de l’ampèremètre dans le circuit

🔑 Notions clés & Définitions

• Ampèremètre : Un appareil de mesure qui indique l’intensité du courant électrique qui le traverse.

📝 Points essentiels

• L’ampèremètre doit être placé en position 1 pour mesurer le courant demandé.
• Dans le cas étudié, l’intensité dans la branche principale se calcule à partir des intensités des branches en dérivation.
• Le résultat attendu pour la branche principale quand deux moteurs fonctionnent est I = 320 mA.
• La somme des intensités permet de relier le courant principal aux courants de dérivation.

💡 Astuce mémo

Ampèremètre = courant qui passe : place-le sur la branche à mesurer.

📖 2. Loi des nœuds en dérivation

🔑 Notions clés & Définitions

• Nœud : Un point du circuit où des courants arrivent puis se répartissent dans plusieurs branches.
• Dérivation : Un montage où le courant se partage entre plusieurs branches avant de se recombiner ou de poursuivre séparément.

📝 Points essentiels

• Dans un circuit en dérivation, la somme des intensités arrivant à un nœud est égale à la somme des intensités partant du nœud.
• On utilise la relation I = IM1 + IM2 pour relier le courant principal aux courants des branches.
• Avec IM1 = 120 mA et IM2 = 200 mA, on obtient I = 320 mA.
• L’augmentation du courant dans la branche principale correspond au fait que deux branches fonctionnent en même temps.

💡 Astuce mémo

Nœud = bilan : ce qui arrive = ce qui repart.

📖 3. Loi des tensions en série des DEL

🔑 Notions clés & Définitions

• DEL : Une diode électroluminescente qui émet de la lumière lorsqu’elle est alimentée sous une tension adaptée.
• Association en série : Un montage où les dipôles sont parcourus par le même courant et où la tension se répartit entre eux.

📝 Points essentiels

• La tension alimentant l’ensemble des trois DEL est de 12 V.
• En série, la tension du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs.
• Si les trois DEL sont en série, on a 3 × UDEL = 12 V.
• On en déduit UDEL = 12/3 = 4 V, donc chaque DEL reçoit 4 V en série.

💡 Astuce mémo

Série = tensions qui s’additionnent : Ugen = somme des UDEL.

📖 4. DEL en dérivation et tension identique

🔑 Notions clés & Définitions

• Association en dérivation : Un montage où chaque dipôle est branché sur les mêmes bornes du générateur, donc soumis à la même tension.
• Tension identique : Propriété d’un montage en dérivation : tous les dipôles reçoivent la même tension.

📝 Points essentiels

• Si les trois DEL sont associées en dérivation, la tension du générateur est égale à la tension aux bornes d’une DEL.
• On obtient alors UDEL = 12 V pour chaque DEL en dérivation.
• Le doc 2 impose que chaque DEL soit alimentée sous 4 V.
• Comme la tension en dérivation serait 12 V, le circuit intégré de la lampe correspond à un montage en série pour respecter 4 V par DEL.

💡 Astuce mémo

Dérivation = même tension partout : UDEL = Ugen.

📖 5. Choix du montage selon la tension des DEL

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuit intégré de la lampe : Composant interne qui réalise le type d’association des DEL afin de respecter la tension d’alimentation exigée par chaque DEL.
• Tension d’alimentation requise : Valeur de tension à fournir à chaque DEL pour qu’elle soit correctement alimentée selon les données du document.

📝 Points essentiels

• La tension d’alimentation de l’ensemble des trois DEL est 12 V.
• En série, chaque DEL reçoit 4 V, ce qui correspond à la valeur attendue d’après les données.
• En dérivation, chaque DEL recevrait 12 V, ce qui ne correspond pas à l’exigence de 4 V.
• Le choix du montage se fait donc en comparant la tension par DEL obtenue (série ou dérivation) à la tension requise (4 V).
• Le circuit intégré est identifié comme un montage série car il permet d’alimenter chaque DEL sous 4 V.

💡 Astuce mémo

Choix du montage = vérifier la tension par DEL : série → 4 V, dérivation → 12 V.

📖 6. Association moteurs et lampe en dérivation

🔑 Notions clés & Définitions

• Association en dérivation des moteurs : Montage où les moteurs fonctionnent indépendamment car ils sont branchés sur la même tension du générateur via des branches séparées.
• Association lampe en dérivation : Montage où la lampe reçoit une tension égale à celle du générateur, ce qui lui permet de fonctionner indépendamment des autres branches.

📝 Points essentiels

• Les moteurs fonctionnent indépendamment l’un de l’autre, donc ils sont associés en dérivation (schéma 2).
• Les moteurs sont alimentés par 6 piles de 1,5 V, ce qui donne UP = 6 × 1,5 = 9 V.
• Dans une boucle, la tension du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs, donc UP = UM = 9 V.
• La lampe doit être associée en dérivation pour fonctionner indépendamment des moteurs.
• La tension aux bornes de la lampe est alors égale à la tension de la pile, soit 9 V.

💡 Astuce mémo

Indépendance = dérivation : même tension pour chaque branche.

📊 Tableaux de synthèse

Série vs dérivation pour 3 DEL

Montage	Tension par DEL	Relation de tension
Série	4 V	Ugen = UDEL + UDEL + UDEL = 3×UDEL
Dérivation	12 V	Ugen = UDEL

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre la loi des nœuds (intensités) avec la loi des tensions (tensions) : ce n’est pas la même grandeur qui s’additionne.
2. Penser qu’en dérivation la tension se partage : en réalité, chaque DEL reçoit la même tension que le générateur.
3. Croire que la tension par DEL en série est 12 V : en série, elle se répartit entre les trois DEL.
4. Oublier que le choix du montage dépend de la tension requise par chaque DEL (4 V), pas seulement de la tension du générateur (12 V).
5. Se tromper sur l’indépendance : moteurs indépendants implique dérivation, pas série.

✅ Checklist Examen

1. Placer l’ampèremètre en position 1 pour mesurer le courant de la branche principale.
2. Appliquer la loi des nœuds en dérivation : I = IM1 + IM2.
3. Calculer l’intensité de la branche principale avec les valeurs données (120 mA et 200 mA).
4. Utiliser la loi des tensions en série pour 3 DEL : 3×UDEL = 12 V et en déduire UDEL = 4 V.
5. Utiliser la loi des tensions en dérivation : UDEL = Ugen et en déduire UDEL = 12 V.
6. Conclure que la lampe utilise un montage série car chaque DEL doit être alimentée sous 4 V (doc 2).
7. Identifier que moteurs indépendants ⇒ association en dérivation (schéma 2).
8. Calculer la tension des piles : UP = 6×1,5 = 9 V.
9. Relier tensions du générateur et des récepteurs dans la boucle : UP = UM = 9 V.
10. Choisir l’association de la lampe en dérivation pour qu’elle fonctionne indépendamment et vérifier Ulampe = 9 V.
11. Relier les conversions d’énergie : pile (chimique → électrique et thermique) et moteur (électrique → mécanique et thermique).