Un circuit en dérivation

Les circuits en dérivation

Qu’est-ce qu’un circuit en dérivation ?

On dit qu’un circuit est en dérivation si tous les dipôles (ou séries de dipôles) sont branchés en dérivation.
Un circuit en dérivation peut être distingué d’un circuit en série car il comporte toujours au moins deux boucles.

Exemples de circuits en dérivation :

exemple de circuit en dérivation avec une pile, une résistance et deux lampes

exemple de circuit en dérivation avec une pile, un moteur et une lampe

exemple de circuit en dérivation avec une pile et deux lampes

Le nombre de récepteurs dans un circuit en dérivation

Si l’on ajoute une lampe en dérivation l’éclat des autres lampes n’est pas modifié.
Plus généralement si l’on modifie le nombre de récepteurs branchés en dérivation l’intensité du courant reçu par les autres récepteurs ne change pas et leur fonctionnement reste donc le même.
Par contre si l’on augmente le nombre de dipôles branchés en dérivation l’intensité du courant fourni par le générateur augmente.

Circuit en dérivation ouvert

Lorsqu’une boucle de courant est ouverte, le courant électrique ne circule plus dans celle-ci mais continue à circuler dans les boucles qui restent fermées.

En utilisant le vocabulaire vu en classe de 4eme on peut également dire que :

• Lorsque la branche principale est ouvert le courant électrique cesse de circuler dans tout le circuit et plus aucun récepteur ne fonctionne.
• Lorsque qu’une branche dérivée est ouverte le courant ne circule plus dans celle-ci et ses récepteurs ne fonctionnent plus mais il continue à circuler dans les autres branches.

Court-circuit dans un circuit en dérivation

Si un dipôle en dérivation est court-circuité alors tous les autres dipôles le sont aussi.
Les récepteurs ne reçoivent plus de courant et ne fonctionnent plus.
Le générateur produit un courant qui ne circule que dans des fils de connexion et chauffe assez pour provoquer un incendie ou faire griller le générateur.

L’intensité dans un circuit en dérivation

L’intensité obéit à la loi d’additivité des intensités.

La tension dans un circuit en dérivation

La tension obéit à la loi d’unicité des tensions.

Les nœuds

Un circuit en dérivation comporte des points particuliers appelés « nœuds« .
Un nœud correspond à la borne d’un dipôle reliée au moins à deux autres dipôles.

Les branches

Ces sont éléments propres aux circuits en dérivation.
Une branche correspond à une partie du circuit comprise entre deux nœuds.

Dans certaines guirlandes de Noël, il suffit qu’une lampe grille pour que toute la guirlande s’éteigne. Pourquoi est-ce différent dans d’autres guirlandes ?
Réponse : une guirlande de Noël peut être réalisée de deux façons différentes : en série ou en dérivation. Pour que les autres lampes continuent de fonctionner quand une lampe grille, il faut que le circuit soit monté en dérivation. Voyons pourquoi.

Dans certaines guirlandes de Noël, il suffit qu’une lampe grille pour que toute la guirlande s’éteigne. Pourquoi est-ce différent dans d’autres guirlandes ?Réponse : une guirlande de Noël peut être réalisée de deux façons différentes : en série ou en dérivation. Pour que les autres lampes continuent de fonctionner quand une lampe grille, il faut que le circuit soit monté en dérivation. Voyons pourquoi.

I. L’association de plusieurs lampes

•  Dans les circuits ne comprenant qu’une lampe, il n’y a qu’une seule façon de placer celle-ci. Par contre, avec deux lampes, on peut réaliser deux types de circuits. Le plus simple est réalisé en plaçant les deux lampes l’une à la suite de l’autre : le circuit est en série.

•  Il est également possible de relier chaque lampe à la pile avec ses propres fils en créant deux circuits dérivés : c’est le montage en dérivation.

II. Les propriétés des circuits en série

•  Dans un circuit en série, tous les dipôles sont reliés les uns aux autres. C’est pourquoi, dans le montage précédent, si une lampe ne fonctionne plus, le circuit est ouvert et les autres lampes s’éteignent. Ce type de montage, très simple, présente deux inconvénients que nous pouvons montrer dans l’expérience qui suit.

•  Protocole : on réalise un montage en série avec une pile et deux lampes, puis on passe à trois et enfin à quatre lampes.

•  Observation : plus on ajoute de lampes au circuit, moins les lampes brillent.

•  Interprétation : dans un circuit en série, l’énergie transférée par le générateur est partagée entre les lampes. Donc plus il y a de lampes, moins il y a d’énergie électrique disponible pour chacune. L’éclat des lampes diminue.

•  Cette propriété peut constituer un avantage dans le cas des guirlandes électriques : l’énergie fournie par la prise du secteur est répartie entre les lampes de la guirlande, ce qui constitue une économie.
En revanche, si l’on dévisse une lampe, toutes les autres cessent de fonctionner. Une lampe retirée ou cassée constitue en effet une ouverture dans le circuit, ce qui empêche le courant de circuler.

III. Les propriétés des circuits en dérivation

•  Dans un circuit en dérivation, les différents éléments du circuit sont placés dans des sections indépendantes dont les extrémités sont reliées au générateur : les branches. Le point où les branches se rejoignent est un nœud.

•  Protocole : on réalise un circuit en dérivation avec une pile et deux lampes identiques placées sur deux branches reliées à la pile. On ajoute ensuite une troisième puis une quatrième branche au circuit contenant des lampes identiques.

•  Observation : les lampes brillent beaucoup plus fort que dans le circuit en série et de la même façon que si elles étaient seules dans le circuit. De plus, quand on ajoute des branches, les nouvelles lampes brillent toujours autant. En revanche, plus on ajoute de branches, plus la pile chauffe.

•  Interprétation : dans un circuit en dérivation, les lampes dans les différentes branches reçoivent chacune l’énergie nécessaire à leur fonctionnement. Toutes les lampes brillent donc de la même façon que si elles étaient seules. Mais plus il y a de lampes, plus l’énergie délivrée par la pile est élevée. C’est pour cela qu’il n’est pas possible de mettre un nombre trop important de lampes car l’énergie que peut fournir la pile est limitée.
Si l’on enlève une lampe dans une des branches, les lampes placées dans les autres branches continuent de fonctionner. En fait, chaque branche constitue un circuit indépendant, si l’un des circuits est ouvert cela n’empêche pas le courant de circuler dans les autres branches.

•  Les circuits en dérivation sont utilisés dans les habitations pour relier les différents appareils électriques. Leur fonctionnement est alors indépendant : la lumière de la chambre fonctionne indépendamment de la télévision. Chaque appareil en marche consomme sa propre quantité d’énergie : plus il y a d’appareils en fonction, plus la quantité d’énergie consommée sera élevée… et la facture aussi. Pour faire des économies d’énergie, on peut donc veiller à éteindre les lumières, débrancher les chargeurs de téléphones, utiliser des lampes à basse consommation. Les économies d’énergie permettent d’agir pour l’environnement et de réduire le montant des factures d’électricité.

a. Influence de la nature des dipôles

2 par un moteur.

Circuit n°3 :
Mesures d’intensité après avoir remplacé la lampe L2 par un moteur dans le circuit n°1.

Résultats des mesures :
I = 220 mA
I1 = 120 mA
I2 = 100 mA

Les valeurs de I et de I2 sont modifiées mais la loi d’additivité est toujours vérifiée :

I = I1 + I2

L’intensité du courant dans les différentes branches d’un circuit en dérivation dépend des dipôles qu’elles comportent mais la loi d’additivité des intensités reste vérifiée quelle que soit la nature des dipôles utilisés.

Une nouvelle série de mesures d’intensité est réalisée après avoir remplacé la lampe Lpar un moteur.I = 220 mA= 120 mA= 100 mALes valeurs de I et de Isont modifiées mais la loi d’additivité est toujours vérifiée :L’intensité du courant dans les différentes branches d’un circuit en dérivation dépend des dipôles qu’elles comportent mais la loi d’additivité des intensités reste vérifiée quelle que soit la nature des dipôles utilisés.

 

I) Circuit en série

 

Dans un circuit en série, plus on ajoute de lampes et moins les lampes brillent fortement.

Lorsque l’on dévisse une lampe dans un circuit en série, les autres lampes s’éteignent également.

II) Circuit en dérivation

 

Dans un circuit en dérivation, quand on ajoute des lampes l’éclat reste le même.

Lorsque l’on dévisse une lampe, les autres lampes branchées en dérivation continuent de briller. Une installation électrique de maison est constituée d’appareils montés en dérivation.

 

III) Les dangers d’un court-circuit.

En cas de court-circuit d’un générateur, c’est-à-dire si le courant va du plus au moins sans croiser de dipôle récepteur le courant devient très intense et cela peut provoquer un incendie.

IV) L’installation électrique d’une maison.

Tous les appareils électrique d’une maison sont branchés en dérivation. De cette façon ils fonctionnent indépendamment les uns des autres.

Le disjoncteur protège l’installation électrique mais également les personnes.

V) Les dangers de l’électricité.

Le corps humain est un conducteur du courant. Si un courant traverse le corps humain, on parle d’électrisation. Si cette électrisation entraine la mort de la personne, on parle d’électrocution.