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Le circuit électrique simple

Réaliser un circuit, le schématiser et repérer les conditions de fonctionnement.

Physique 6ème Chapitre 6 / 8 ⏱ 6 h

Ce que tu sauras faire à la fin

  • Réaliser et schématiser un circuit simple
  • Utiliser les symboles normalisés
  • Repérer un court-circuit et ses dangers

Appuie sur l’interrupteur d’une lampe de poche : la lumière s’allume aussitôt. Retire une pile, et plus rien ne se passe. Ce petit miracle du quotidien, tu vas enfin comprendre comment il fonctionne : c’est un circuit électrique.

Tu rencontres des circuits électriques absolument partout : la lampe de ta chambre, la sonnette de la porte, le jouet télécommandé de ton petit frère, la radio à piles de ta grand-mère, les guirlandes lumineuses de fête… Dans tous les cas, la même règle s’applique : pour qu’un appareil fonctionne, il faut que le courant électrique puisse circuler en boucle, sans aucune coupure.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre à construire un circuit avec une pile et une lampe, à le dessiner avec des symboles que comprennent tous les électriciens du monde, et à repérer un danger très sérieux : le court-circuit. Retiens bien une règle, dès maintenant : on ne joue jamais avec les prises du secteur (celles du mur, à la maison) ; on travaille seulement avec des piles, qui sont sans danger.

1Générateur, récepteur, interrupteur, fils

Un circuit électrique, c’est une équipe de quatre familles d’éléments qui travaillent ensemble. Découvrons-les un par un.

Définition

Un générateur est un élément qui fournit l’énergie électrique au circuit. C’est lui qui « pousse » le courant. Exemples : une pile, une batterie, une pile plate.

Sans générateur, rien ne circule : c’est le cœur du circuit, celui qui donne l’énergie.

Définition

Un récepteur est un élément qui reçoit l’énergie électrique et la transforme en autre chose : lumière, mouvement, son… Exemples : une lampe (transforme l’électricité en lumière), un moteur (transforme l’électricité en mouvement), une DEL, un buzzer (son).

Exemple — reconnaître générateur et récepteur

Dans une lampe de poche : la pile est le générateur, elle fournit l’énergie ; l’ampoule est le récepteur, elle transforme l’énergie en lumière. Dans une voiture télécommandée : les piles sont le générateur ; le moteur qui fait tourner les roues est le récepteur.

1.1  L’interrupteur et les fils

Définition

Un interrupteur est un élément qui laisse passer ou empêche de passer le courant, selon qu’il est fermé ou ouvert. Les fils de connexion relient tous les éléments entre eux : ce sont les routes du courant.

Exemple — la sonnette de la maison

Dans une sonnette électrique : la pile est le générateur, le bouton que l’on appuie est l’interrupteur, et le buzzer (qui fait « dring ! ») est le récepteur. Des fils relient le tout à travers le mur.

Le générateur, le récepteur, l’interrupteur et les fils : voilà les quatre briques de base de tout circuit électrique simple. Regarde maintenant de plus près l’élément le plus utilisé de tes exercices : la lampe à filament.

1.2  La lampe et la pile plate

La lampe (l’ampoule) que tu utilises en classe a deux contacts électriques bien précis : le plot, tout en dessous, et le culot, la partie métallique qui entoure le verre. Le courant doit entrer par l’un et ressortir par l’autre pour traverser le filament, ce fil très fin qui chauffe et devient lumineux.

La lampe (ampoule) : ses deux contacts électriques Ampoule (verre) Filament Culot (contact latéral) Plot (contact du dessous)
Figure 1 — La lampe à filament : le courant entre par un contact, traverse le filament qui chauffe et brille, puis ressort par l’autre contact (plot ou culot).
Propriété

Une lampe s’allume si, et seulement si, le courant peut entrer par un de ses deux contacts et ressortir par l’autre. Contrairement à une DEL, une lampe classique n’a pas de sens : elle s’allume quel que soit le sens du courant.

La pile plate (celle de 4,5 volts, avec deux bornes métalliques sur le dessus) permet de tester cela très simplement : il suffit de poser la lampe dessus, en veillant à ce que ses deux contacts touchent chacun une borne différente.

Les 4 positions d’une lampe posée sur une pile plate +− Position 1✓ Allumée +− Position 2✓ Allumée +− Position 3✗ Éteinte +− Position 4✗ Éteinte
Figure 2 — Une lampe ne s’allume que si son plot ET son culot touchent chacun une borne : peu importe laquelle (positions 1 et 2). Si un seul contact touche une borne, ou si aucun ne touche, la lampe reste éteinte (positions 3 et 4).
Méthode — allumer une lampe avec une pile plate

Pose la lampe sur la pile plate de façon que son plot touche une des deux bornes et que son culot touche l’autre borne, en même temps. Si un seul des deux contacts touche une borne, la lampe reste éteinte.

Physique & Co — La grenouille qui a tout déclenché

En 1780, le savant italien Luigi Galvani observe que la patte d’une grenouille morte se contracte quand on la touche avec deux métaux différents. Il pense avoir découvert une « électricité animale ». Son compatriote Alessandro Volta n’est pas d’accord : selon lui, l’électricité vient des deux métaux, pas de la grenouille. Pour le prouver, il empile en 1800 des rondelles de cuivre et de zinc séparées par du tissu humide : c’est la pile de Volta, le tout premier générateur électrique de l’Histoire, ancêtre direct de la pile plate que tu utilises aujourd’hui.

2Circuit fermé et circuit ouvert

Tu as vu qu’une lampe ne s’allume que si ses deux contacts touchent la pile en même temps. Cette idée se généralise à tout circuit électrique : c’est la notion la plus importante de ce chapitre.

Définition

Un circuit électrique est fermé quand tous ses éléments (générateur, fils, récepteur, interrupteur) forment une boucle complète, sans aucune coupure. Le courant peut alors circuler : le récepteur fonctionne.

Définition

Un circuit électrique est ouvert dès qu’il existe une seule coupure quelque part dans la boucle (fil débranché, interrupteur ouvert, lampe grillée…). Le courant ne peut plus circuler : le récepteur s’arrête.

Propriété — la règle d’or

Un circuit électrique ne fonctionne que s’il forme une chaîne fermée, sans aucun trou, entre les deux bornes du générateur, en passant par tous les éléments. Une seule coupure suffit à arrêter tout le circuit, même si elle est minuscule.

2.1  Le rôle de l’interrupteur

L’interrupteur sert justement à créer volontairement cette coupure, quand on le souhaite.

Exemple — l’interrupteur du couloir

Quand tu fermes l’interrupteur (tu l’actives), tu relies les deux fils : le circuit est fermé, la lumière s’allume. Quand tu l’ouvres, tu sépares les deux fils : le circuit est ouvert, la lumière s’éteint. « Fermer » un interrupteur, c’est donc allumer ; « ouvrir », c’est éteindre.

Attention

Ne confonds pas le langage courant et le langage de la physique ! Dans la vie de tous les jours, on dit parfois « ouvrir la lumière » pour l’allumer. En physique, c’est l’inverse : un circuit ouvert, c’est un circuit éteint, et un circuit fermé, c’est un circuit qui fonctionne.

2.2  Chercher une panne, méthodiquement

Méthode — retrouver une coupure dans un circuit qui ne fonctionne pas

Vérifie, un par un et dans l’ordre : ① les bornes de la pile sont-elles bien touchées ? ② les fils sont-ils bien reliés à chaque extrémité, sans faux contact ? ③ l’interrupteur est-il bien fermé ? ④ la lampe n’est-elle pas grillée (filament coupé, visible si l’on regarde à l’intérieur) ? Le premier maillon manquant que tu trouves est la cause de la panne.

Exemple — panne en vacances

À Bamako, Fatou allume sa lampe de poche : rien ne se passe. Elle vérifie les piles (bonnes), les contacts (propres), l’interrupteur (fermé)… et découvre enfin que le filament de l’ampoule est cassé. Il suffisait de changer l’ampoule !

3Symboles normalisés

Un électricien de Dakar et un électricien de Montréal ne parlent peut-être pas la même langue, mais ils dessinent leurs circuits avec les mêmes symboles. Ces symboles sont normalisés : ils sont identiques partout dans le monde, pour que tout le monde se comprenne, quel que soit le pays.

Définition

Un symbole normalisé est un petit dessin simplifié qui représente toujours le même élément électrique, où que ce soit dans le monde. On ne dessine jamais un appareil « comme en photo » dans un schéma électrique : on utilise son symbole.

Symboles normalisés utilisés en schéma électrique +− Pile (générateur) Lampe (récepteur) Interrupteur ouvert Interrupteur fermé Fil (conducteur) M Moteur (récepteur) DEL (sens à respecter)
Figure 3 — Les sept symboles à connaître par cœur pour dessiner un schéma normalisé.
Méthode — apprendre les symboles

Ne cherche pas à deviner : apprends ces symboles par cœur, comme un alphabet. Ils reviendront dans tous tes schémas, cette année et les suivantes.

Exemple — reconnaître un symbole

Un cercle avec une croix à l’intérieur, c’est toujours une lampe, qu’elle soit ronde, allongée ou minuscule dans la réalité. Deux traits inégaux (un long et fin, un court et épais), c’est toujours une pile.

Exemple — la DEL, un récepteur particulier

La DEL (diode électroluminescente) est, comme la lampe, un récepteur qui produit de la lumière — mais elle consomme beaucoup moins d’énergie et dure beaucoup plus longtemps. Attention : contrairement à la lampe, une DEL a un sens à respecter ; branchée à l’envers, elle ne s’allume pas.

Attention

Ne dessine jamais une pile, une lampe ou un fil « à main levée », façon dessin réaliste, dans un schéma électrique : seul le symbole normalisé est accepté, en physique comme aux contrôles.

4Schéma normalisé d’un circuit

Une fois les symboles connus, on peut les assembler pour représenter un circuit complet : c’est le schéma normalisé (ou schéma électrique).

Définition

Le schéma normalisé d’un circuit est un dessin qui représente chaque élément par son symbole, relié aux autres par des traits droits, formant des angles droits (jamais de traits obliques ni de courbes pour les fils).

Méthode — dessiner un schéma normalisé

① Place le générateur (pile) d’un côté. ② Place le ou les récepteurs de l’autre côté. ③ Place l’interrupteur sur le trajet. ④ Relie le tout avec des traits bien droits, à la règle, qui forment une boucle fermée. ⑤ Vérifie que chaque symbole est bien celui appris dans la section précédente.

CIRCUIT FERMÉ +− La chaîne est complète : le courant circule. CIRCUIT OUVERT +− La chaîne est coupée : le courant ne circule pas.
Figure 4 — Le même circuit (pile, interrupteur, lampe) dans les deux états. À gauche, l’interrupteur est fermé : la lampe brille et une petite flèche rappelle le sens conventionnel du courant. À droite, il est ouvert : la chaîne est coupée, la lampe est éteinte.
Propriété

Sur un schéma normalisé, on peut voir directement si le circuit est fermé ou ouvert : il suffit de suivre la boucle du doigt, en partant d’une borne de la pile. Si l’on peut revenir à l’autre borne sans lever le doigt, le circuit est fermé.

Exemple — lire un schéma

Sur la Figure 4, à gauche, l’interrupteur est représenté fermé : en suivant la boucle du doigt depuis la pile, on revient bien à l’autre borne sans coupure. La lampe brille. À droite, un petit espace vide sépare les deux bornes de l’interrupteur : la boucle est coupée, la lampe reste éteinte.

Exemple — un circuit avec deux récepteurs

On peut placer plusieurs récepteurs sur le même circuit : par exemple une lampe et un moteur, reliés l’un après l’autre à la suite du générateur. Tu approfondiras ces montages (en série, en dérivation) dans un prochain chapitre.

Physique & Co — Un langage universel depuis un siècle

Les premiers symboles électriques normalisés apparaissent à la fin du XIXe siècle, quand l’électricité se répand dans les usines puis dans les maisons. En 1904, une organisation internationale, la Commission électrotechnique internationale (CEI), est créée pour mettre tout le monde d’accord sur des symboles communs. Depuis, un schéma électrique dessiné à Abidjan se lit exactement de la même façon à Tokyo ou à Paris.

5Court-circuit et dangers

Tu sais maintenant qu’un circuit doit être fermé pour fonctionner. Mais il existe une erreur de montage dangereuse, qu’il faut apprendre à repérer et à éviter absolument : le court-circuit.

Définition

Un court-circuit se produit quand les deux bornes du générateur sont reliées directement par un fil, sans passer par un récepteur (sans lampe, ni moteur, ni rien d’autre pour freiner le courant).

COURT-CIRCUIT : JAMAIS ÇA ! +− ! aucun récepteur entre les deux bornes ! DANGER : le fil chauffe très vite et peut prendre feu.
Figure 5 — Un fil relie directement les deux bornes de la pile, sans passer par aucun récepteur : c’est un court-circuit. Le fil chauffe très vite et devient dangereux.
Attention — danger réel

Dans un court-circuit, un courant très intense circule d’un coup dans le fil. Ce fil chauffe énormément et très vite : il peut devenir brûlant, faire fondre sa gaine plastique, et même déclencher un incendie. La pile elle-même peut chauffer, gonfler ou couler. Un court-circuit n’est jamais anodin, même avec une simple pile plate.

Méthode — éviter un court-circuit

Avant de fermer un circuit, vérifie toujours qu’un récepteur (lampe, moteur…) se trouve bien entre les deux bornes du générateur. Ne laisse jamais deux fils reliés directement aux deux bornes de la pile sans rien entre les deux.

Exemple — reconnaître un court-circuit sur un schéma

Sur un schéma, un court-circuit apparaît comme un fil qui relie directement les deux bornes de la pile, en évitant la lampe ou le moteur : un « raccourci » électrique, d’où le nom.

Exemple — un fusible, une protection

Dans les installations électriques des maisons, un fusible (ou un disjoncteur) coupe automatiquement le circuit dès qu’un courant trop intense est détecté, exactement comme en cas de court-circuit. C’est une protection indispensable, que les électriciens installent partout.

Attention — le secteur, ce n’est pas un jeu

Tout ce chapitre porte sur des circuits à pile, sans danger. Les prises de courant du mur (le secteur) fonctionnent avec une tension bien plus élevée et dangereuse : on ne touche jamais une prise, un fil dénudé ou un appareil branché avec les mains mouillées. En cas de doute sur une installation électrique de la maison, on appelle toujours un adulte ou un électricien.

6Conducteurs et isolants

Pourquoi les fils électriques sont-ils en métal, recouverts de plastique coloré ? Parce que tous les matériaux ne se comportent pas de la même façon face au courant.

Définition

Un matériau conducteur laisse passer le courant électrique. Un matériau isolant empêche le courant électrique de passer.

ConducteursIsolants
Cuivre, fer, aluminium, tous les métauxPlastique, caoutchouc, verre, bois sec
Graphite (mine de crayon)Air sec, papier, tissu
Eau du robinet, eau de mer (avec sels)Eau pure (distillée)
Méthode — tester un matériau avec le circuit

Insère l’objet à tester à la place d’un fil dans un circuit fermé avec une pile et une lampe. Si la lampe s’allume, le matériau est conducteur. Si elle reste éteinte, il est isolant.

Exemple — pourquoi le fil est isolé

Un fil électrique est fait d’un cœur en cuivre (conducteur, qui laisse passer le courant) entouré d’une gaine en plastique (isolant, qui empêche tout contact dangereux avec ta main ou avec un autre fil).

Exemple — pourquoi c’est dangereux sous la pluie

L’eau du robinet contient des sels dissous qui la rendent légèrement conductrice. C’est une des raisons pour lesquelles on n’utilise jamais un appareil électrique branché au secteur avec les mains mouillées, ni près d’une baignoire.

Physique & Co — Le mot « électricité » vient d’un caillou

Il y a plus de 2 600 ans, les Grecs de l’Antiquité remarquent qu’en frottant de l’ambre jaune (une résine fossilisée) avec un tissu, celui-ci attire de petits objets légers comme des plumes. En grec, ambre se dit elektron. C’est de ce mot qu’est né, bien plus tard, notre mot « électricité ».

Fiche mémo

  • Générateur : fournit l’énergie (pile). Récepteur : la transforme (lampe, moteur, DEL…).
  • Interrupteur fermé = circuit fermé = ça marche. Interrupteur ouvert = circuit ouvert = ça s’arrête.
  • Un circuit ne fonctionne que si la boucle est complète, sans aucune coupure : une seule suffit à tout arrêter.
  • Une lampe a deux contacts : le plot (dessous) et le culot (métal latéral) ; les deux doivent toucher chacun une borne de la pile.
  • Une lampe s’allume dans les deux sens ; une DEL, non — elle a un sens à respecter.
  • Symboles normalisés : identiques partout dans le monde, à apprendre par cœur (pile, lampe, interrupteur ouvert/fermé, fil, moteur, DEL).
  • Schéma normalisé : traits droits, angles droits, jamais de dessin réaliste.
  • Court-circuit = les deux bornes reliées directement, sans récepteur : danger, échauffement, incendie possible.
  • Jamais toucher le secteur (les prises du mur) : bien plus dangereux qu’une pile.
  • Conducteurs : métaux, eau non pure. Isolants : plastique, verre, bois sec, air sec.
  • Méthode panne : bornes → fils → interrupteur → lampe, dans l’ordre.

7Exercices corrigés

Niveau 1 — Application directe
1

Dans chacun des appareils suivants, indique quel élément est le générateur et lequel est le récepteur : a) une lampe de poche (pile, ampoule) ; b) un ventilateur à piles (piles, moteur) ; c) une manette de jeu vibrante (piles, petit moteur vibrant).

Voir le corrigé détaillé

Le générateur fournit l’énergie, le récepteur la transforme.

a) Générateur : la pile. Récepteur : l’ampoule (transforme l’électricité en lumière).

b) Générateur : les piles. Récepteur : le moteur (transforme l’électricité en mouvement de l’hélice).

c) Générateur : les piles. Récepteur : le petit moteur (transforme l’électricité en vibration).

2

Vrai ou faux ? Justifie chaque réponse en une phrase. a) Un circuit fonctionne même s’il manque un fil. b) Fermer un interrupteur permet au courant de circuler. c) Une seule coupure suffit à arrêter tout le circuit. d) Un circuit ouvert est un circuit qui fonctionne. e) Le générateur donne l’énergie, le récepteur la transforme.

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a) Faux. Un fil manquant crée une coupure : la boucle n’est plus complète, le circuit est ouvert.

b) Vrai. Fermer l’interrupteur relie les deux fils : la boucle devient complète.

c) Vrai. C’est la règle d’or : la chaîne doit être complète sans aucun trou, même minuscule.

d) Faux. C’est l’inverse : un circuit ouvert est éteint, un circuit fermé fonctionne.

e) Vrai. C’est exactement la définition des deux éléments.

3

Associe chaque description au nom du composant qu’elle représente : ① deux traits inégaux, un long et fin, un court et épais ; ② un cercle avec une croix à l’intérieur ; ③ un cercle avec la lettre M à l’intérieur ; ④ une ligne coupée par un petit trait relevé, entre deux points.

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① Pile (générateur). ② Lampe (récepteur). ③ Moteur (récepteur). ④ Interrupteur ouvert (le trait relevé ne touche pas le second point).

4

Une lampe posée sur une pile plate ne s’allume pas. Son plot touche bien la borne +, mais son culot ne touche rien. Explique pourquoi elle reste éteinte, et dis ce qu’il faut faire pour l’allumer.

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Une lampe ne s’allume que si ses deux contacts touchent chacun une borne. Ici, seul le plot touche une borne : la boucle n’est pas complète, le circuit reste ouvert malgré ce premier contact.

Il faut incliner légèrement la lampe pour que son culot vienne aussi toucher la borne −, sans que le plot ne quitte la borne +.

5

Classe chaque objet en conducteur ou isolant : une cuillère en métal, une règle en plastique, une clé, une gomme, un fil de cuivre dénudé, une vitre en verre, l’eau du robinet, un crayon en bois.

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Conducteurs : la cuillère en métal, la clé, le fil de cuivre dénudé, l’eau du robinet (elle contient des sels dissous).

Isolants : la règle en plastique, la gomme, la vitre en verre, le crayon en bois (le bois est isolant, seule la mine de graphite à l’intérieur est conductrice).

Niveau 2 — Approfondissement
6

Un élève monte un circuit : pile → fil → interrupteur fermé → fil → lampe → fil qui revient à la pile. La lampe ne s’allume pas. En vérifiant, il découvre que l’un des fils n’est branché que d’un seul côté. a) Le circuit est-il fermé ou ouvert ? b) Pourquoi ? c) Que doit-il faire pour réparer ?

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a) Le circuit est ouvert.

b) Un fil branché d’un seul côté ne relie pas les deux éléments qu’il devrait connecter : c’est une coupure dans la boucle. Or une seule coupure suffit à arrêter tout le circuit, même si l’interrupteur est fermé.

c) Il doit rebrancher correctement les deux extrémités du fil, en vérifiant qu’elles touchent bien les bornes ou les pattes des composants.

7

Sur un schéma, on lit dans l’ordre : pile → fil → lampe → fil → interrupteur (représenté ouvert) → fil → retour à la pile. a) Le circuit est-il fermé ou ouvert ? b) La lampe brille-t-elle ? c) Que faut-il faire pour qu’elle s’allume ?

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a) En suivant la boucle du doigt depuis la pile, on rencontre l’interrupteur ouvert : impossible de continuer sans lever le doigt. Le circuit est ouvert.

b) Non, la lampe ne brille pas : le courant ne peut pas circuler.

c) Il faut fermer l’interrupteur : la boucle redevient complète et le courant peut circuler jusqu’à la lampe.

8

Un fil relie directement la borne + à la borne − de la pile, en plus du circuit normal qui passe par la lampe. a) Comment appelle-t-on cette situation ? b) Le courant préfère-t-il passer par ce fil ou par la lampe ? c) Quel danger cela représente-t-il ?

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a) C’est un court-circuit : les deux bornes sont reliées directement par un simple fil, sans récepteur.

b) Le courant emprunte massivement ce fil direct, le « raccourci », plutôt que le chemin plus long à travers la lampe.

c) Ce fil est parcouru par un courant très intense : il chauffe très vite, peut fondre sa gaine et déclencher un incendie ; la pile peut aussi s’abîmer.

9

On branche une DEL dans un circuit avec une pile plate : elle ne s’allume pas. On retourne la DEL (on inverse ses deux pattes) : elle s’allume. Explique cette différence avec une lampe classique, qui s’allumerait dans les deux cas.

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Une lampe classique n’a pas de sens : son filament chauffe quel que soit le sens dans lequel le courant le traverse, elle s’allume donc dans les deux positions.

Une DEL, elle, ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Dans le premier sens, le courant ne peut pas la traverser : le circuit est électriquement bloqué, la DEL reste éteinte. En la retournant, on inverse le sens du courant à travers elle : il peut alors la traverser, et elle s’allume.

Niveau 3 — Défi
10

Un circuit comporte une pile, un interrupteur fermé et une lampe, tous reliés en boucle. Un élève ajoute par erreur un fil supplémentaire qui relie directement les deux pattes de la lampe (il « ponte » la lampe), sans toucher à la pile ni à l’interrupteur.

  1. Décris les deux chemins désormais possibles pour le courant, entre l’arrivée et le départ de la lampe.
  2. Explique pourquoi la lampe ne va probablement plus briller, alors même que le circuit reste fermé.
  3. Ce montage est-il un court-circuit au sens strict de la définition du cours ? Justifie.
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1. Le courant qui arrive à la lampe a maintenant deux chemins possibles : soit traverser le filament de la lampe, soit passer directement par le fil ajouté, qui relie les deux pattes sans détour.

2. Le fil ajouté offre un chemin plus simple, sans filament à traverser. Le courant l’emprunte très majoritairement, et beaucoup moins de courant traverse le filament : la lampe brille très faiblement, voire pas du tout.

3. Oui, c’est bien un court-circuit local : le fil ajouté relie deux points du circuit sans passer par un récepteur — ici, il évite la lampe elle-même, exactement comme la définition du cours le décrit, même si ce n’est pas la pile entière qui est court-circuitée.

11

On pose une lampe bien à plat sur le dessus d’une pile plate, de façon que son culot touche à la fois la borne + et la borne −, mais que son plot ne touche rien du tout.

  1. Le filament de la lampe va-t-il s’allumer ? Justifie avec la règle du plot et du culot.
  2. Le culot étant un seul morceau de métal, que se passe-t-il entre les deux bornes de la pile ?
  3. Cette position est-elle dangereuse ? Explique.
Voir le corrigé détaillé

1. Non. Pour que le filament s’allume, le courant doit entrer par un contact et ressortir par l’autre (plot d’un côté, culot de l’autre). Ici, le plot ne touche rien : le filament n’est traversé par aucun courant, il ne s’allume pas.

2. Le culot est un seul morceau de métal conducteur. En touchant les deux bornes en même temps, il les relie directement l’une à l’autre, sans passer par le filament.

3. Oui : c’est exactement la situation d’un court-circuit (les deux bornes reliées sans récepteur). Le culot métallique peut chauffer fortement, et la pile s’use ou s’abîme très vite.

12

Une lampe ne s’allume pas. Voici quatre causes possibles, dans le désordre : (a) le filament est cassé ; (b) l’interrupteur est ouvert ; (c) un fil est mal serré à une borne ; (d) la pile est usée.

  1. Range ces causes dans l’ordre où tu dois les vérifier, en suivant la méthode du cours.
  2. Pour chacune, indique un moyen simple de vérifier si c’est bien la cause.
  3. Si les quatre causes sont écartées après vérification, que peux-tu conclure ?
Voir le corrigé détaillé

1. Ordre de vérification : d’abord la pile, puis les fils, puis l’interrupteur, puis la lampe : soit (d) → (c) → (b) → (a).

2. (d) pile usée : la tester dans un autre appareil qui fonctionne, ou la comparer à une pile neuve. (c) fil mal serré : vérifier visuellement chaque extrémité et resserrer si besoin. (b) interrupteur ouvert : regarder sa position, le fermer. (a) filament cassé : observer l’intérieur de l’ampoule à l’œil, ou la tester sur une pile qui fonctionne.

3. Si toutes ces causes sont écartées, il reste probablement un faux contact ailleurs sur le trajet (fil abîmé à l’intérieur de sa gaine, borne oxydée…) : il faut alors vérifier chaque portion du circuit une par une, très méthodiquement.

Niveau 4 — Problèmes de vie courante
13

Au marché de Dakar. Aminata veut réparer deux lampes de poche pour sa famille. Pour chaque lampe, il faut une pile plate à 450 F CFA et une ampoule à 150 F CFA. Elle a un billet de 1 000 F CFA.

  1. Calcule le prix pour réparer une seule lampe.
  2. Calcule le prix pour réparer les deux lampes.
  3. A-t-elle assez d’argent pour les deux lampes ? Si non, combien lui manque-t-il ?
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 450+150=600 F CFA450 + 150 = 600\ \text{F CFA}

2.

  1. 2×600=1 200 F CFA2 \times 600 = 1\,200\ \text{F CFA}

3. Elle a 1 000 F CFA, il en faut 1 200.

  1. 1 200−1 000=200 F CFA1\,200 - 1\,000 = 200\ \text{F CFA}

Elle n’a pas assez d’argent : il lui manque 200 F CFA.

14

À Bamako. La radio à piles de Moussa ne s’allume plus. En suivant la méthode du cours, il vérifie l’interrupteur (fermé, correct) puis les deux piles du compartiment : l’une d’elles est usée. On ne mélange jamais une pile usée avec une pile neuve dans le même appareil. Moussa achète 2 piles neuves à 175 F CFA l’unité.

  1. Pourquoi ne faut-il pas mélanger une pile usée et une pile neuve ?
  2. Calcule le prix des deux piles neuves.
  3. Il paie avec un billet de 500 F CFA : combien lui rend-on ?
Voir le corrigé détaillé

1. Les deux piles n’ont alors plus la même quantité d’énergie disponible : le fonctionnement de l’appareil devient irrégulier, et la pile encore bonne peut s’user anormalement vite. On remplace toujours les piles par paire.

2.

  1. 2×175=350 F CFA2 \times 175 = 350\ \text{F CFA}

3.

  1. 500−350=150 F CFA500 - 350 = 150\ \text{F CFA}

On lui rend 150 F CFA.

15

À Abidjan. Pour un projet scientifique, une classe doit construire 6 circuits identiques (pile, lampe, interrupteur, lot de fils) pour ses 6 groupes d’élèves. Prix unitaires : pile plate 400 F CFA, lampe 200 F CFA, interrupteur 300 F CFA, lot de fils 100 F CFA. Le budget de la classe est de 6 000 F CFA.

  1. Calcule le prix du matériel pour un seul circuit.
  2. Calcule le prix total pour les 6 circuits.
  3. Le budget suffit-il ? Justifie.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 400+200+300+100=1 000 F CFA400 + 200 + 300 + 100 = 1\,000\ \text{F CFA}

2.

  1. 6×1 000=6 000 F CFA6 \times 1\,000 = 6\,000\ \text{F CFA}

3. Le budget est de 6 000 F CFA, exactement le prix total : le budget suffit tout juste, sans aucune marge pour un imprévu.

16

À Abéché. Un vendeur ambulant éclaire son étal le soir avec une lampe-torche à pile plate. Une pile plate dure 8 heures d’éclairage continu et coûte 500 F CFA. Le vendeur l’utilise 2 heures chaque soir.

  1. Combien de soirs une seule pile permet-elle d’éclairer l’étal ?
  2. Combien de piles complètes doit-il acheter pour couvrir un mois de 30 soirs ?
  3. Calcule le coût total des piles pour ce mois.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 8÷2=48 \div 2 = 4 soirs par pile

2.

  1. 30÷4=7,530 \div 4 = 7{,}5
  2. doncil faut 88 pileson ne peut pas acheter une demi-pile, on arrondit au nombre entier supérieur

3.

  1. 8×500=4 000 F CFA8 \times 500 = 4\,000\ \text{F CFA}

Le vendeur doit acheter 8 piles, pour un coût total de 4 000 F CFA ce mois-ci.

📝 QCM de fin de leçon — 20 questions

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Qu'est-ce qu'un générateur, dans un circuit électrique ?

Explication : Le générateur (une pile, par exemple) fournit l'énergie électrique au circuit : c'est lui qui « pousse » le courant.

Qu'est-ce qu'un récepteur, dans un circuit électrique ?

Explication : Un récepteur reçoit l'énergie électrique et la transforme en autre chose : une lampe la transforme en lumière, un moteur en mouvement.

Dans une lampe de poche, quel élément est le générateur ?

Explication : La pile fournit l'énergie : c'est le générateur. L'ampoule est le récepteur, elle transforme cette énergie en lumière.

Le rôle d'un interrupteur est de :

Explication : L'interrupteur sert justement à créer volontairement une coupure dans le circuit, ou à la supprimer.

Les deux contacts électriques d'une lampe s'appellent :

Explication : Le plot est le contact sous la lampe, le culot est le contact métallique latéral. Le courant doit entrer par l'un et ressortir par l'autre.

Une lampe posée sur une pile plate s'allume seulement si :

Explication : Si un seul des deux contacts touche une borne, la boucle n'est pas complète : la lampe reste éteinte.

Un circuit électrique est dit fermé quand :

Explication : Un circuit fermé forme une boucle complète, sans aucun trou : le courant peut alors circuler.

Un circuit électrique est dit ouvert quand :

Explication : Un fil débranché, un interrupteur ouvert ou une lampe grillée créent une coupure : le circuit devient ouvert et le courant ne circule plus.

Combien de coupures suffisent à arrêter le fonctionnement de tout un circuit ?

Explication : C'est la règle d'or du circuit électrique : une seule coupure, même minuscule, suffit à arrêter tout le circuit.

En physique, « fermer » un interrupteur signifie :

Explication : Attention au langage courant ! En physique, fermer un interrupteur relie les deux fils : le circuit est fermé, la lumière s'allume.

Sur un schéma électrique, un cercle avec une croix à l'intérieur représente toujours :

Explication : Le symbole normalisé de la lampe est un cercle traversé par une croix, quelle que soit sa forme réelle.

Sur un schéma électrique, deux traits inégaux (un long et fin, un court et épais) représentent toujours :

Explication : C'est le symbole normalisé du générateur (la pile) : deux traits inégaux, identiques partout dans le monde.

Sur un schéma normalisé, les fils sont toujours dessinés :

Explication : Un schéma normalisé utilise uniquement des traits droits et des angles droits : jamais de courbes ni de dessin réaliste.

Contrairement à une lampe classique, une DEL :

Explication : Une lampe classique s'allume dans les deux sens, mais une DEL a un sens précis : branchée à l'envers, elle ne s'allume pas.

Un court-circuit se produit quand :

Explication : C'est la définition exacte du court-circuit : un fil relie directement les deux bornes, sans lampe ni moteur pour freiner le courant.

Dans un court-circuit, le fil qui relie directement les deux bornes :

Explication : Un courant très intense circule dans ce fil : il chauffe énormément et rapidement, ce qui peut déclencher un incendie.

Que ne faut-il jamais toucher, contrairement à un circuit à pile qui est sans danger ?

Explication : Les prises du secteur fonctionnent avec une tension bien plus élevée et dangereuse qu'une pile : on ne les touche jamais.

Parmi ces matériaux, lequel est conducteur du courant électrique ?

Explication : Le cuivre est un métal, donc un conducteur : il laisse passer le courant. Le plastique, le verre et le bois sec sont des isolants.

Pour réparer une lampe de poche, il faut une pile plate à 450450 F CFA et une ampoule à 150150 F CFA. Quel est le prix total de la réparation ?

Explication : Prix total =450+150=600= 450 + 150 = 600 F CFA.

Une pile plate dure 88 heures d'éclairage continu. Un vendeur utilise sa lampe-torche 22 heures chaque soir. Combien de soirs une seule pile lui permet-elle d'éclairer son étal ?

Explication : Nombre de soirs =8÷2=4= 8 \div 2 = 4 soirs.
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