Collège : un peu d’électricité

La partie électricité pour le DNB est plutôt légère, il s’agit principalement de la loi d’Ohm, de la notion de puissance comme on a pu le voir dans les différents sujets que j’ai pu traiter. Je vais ici balayer l’intégralité des connaissances de collège qu’un élève devrait avoir en électricité pour pouvoir faire une classe de troisième pro de façon sereine.

Les différents éléments dans les schémas électriques

Comme on me l’a déjà fait remarquer dans le forum, le document ci-dessus dont je ne trouve plus la source (la honte) est approximatif quant à la normalisation. Il fera pourtant bien l’affaire pour ce qui suit. On m’excusera aussi du lourd travail de vulgarisation pour aller à l’essentiel. Il apparaît en effet qu’au moment où j’écris ces lignes, certains enfants ne maîtrisent pas les notions qui suivent.

On va distinguer trois types d’appareils :

  • Les générateurs qui donnent l’électricité, principalement les piles et les générateurs. Les piles comme les piles du commerce. Pour le générateur, c’est plus vaste, il s’agit de façon générale d’un appareil qui produit du courant. On tombe pour le collège dans une définition très large, un panneau solaire peut faire office de générateur, une batterie de voiture ou la prise de courant.
  • Les récepteurs qui reçoivent l’électricité. Les lampes, les moteurs sont des récepteurs, on comprend qu’ils ont besoin d’électricité pour fonctionner. Les diodes sont des dispositifs qui ne font passer le courant que dans un sens, elles peuvent être électroluminescentes ou non. Par exemple, les feux rouges si on retire le plastique sont composés de tas de petites diodes. La résistance enfin, c’est un morceau de métal. Selon l’épaisseur, elle n’aura pas la même fonction. Si c’est un gros morceau de métal, elle sert à chauffer. Si c’est un petit morceau de métal, elle sert à protéger. En effet, si le métal fond à cause de trop d’électricité, le courant ne circule pas. Dans tous les cas, on retiendra que toute circulation de courant entraîne un dégagement de chaleur.
  • Les appareils de mesure. Ampèremètre et Voltmètre principalement. L’ampèremètre mesure l’intensité du courant électrique en Ampères, le voltmètre la tension en Volts.

Les deux types de schéma en électricité

On se propose de brancher dans un même circuit : deux lampes et un générateur. Il y a deux manières de les brancher : en série et en dérivation.

Lorsque tous les appareils sont sur la même boucle, on dit que les appareils sont en série. Lorsque les deux appareils sont en dérivation, ils sont dans deux boucles différentes. On donne souvent, pour illustrer l’inutilité du circuit série, la vieille guirlande de Noël. Si vous avez trente lampes qui sont en série, il suffit que l’une grille pour que le courant ne passe plus. Si par contre dans un circuit en dérivation l’une des deux lampes grille, alors le courant circule dans l’autre boucle.

Et pourtant il serait faux de croire que le circuit série n’a aucun intérêt. On a vu plus haut que pour une résistance, si trop de courant passe, le métal fond. On parle alors de résistance de protection ou de fusible pour les vieilles installations électriques. Dans l’exemple ci-dessous, si le courant issu du générateur est trop fort, alors c’est la résistance qui grille, pas la lampe.

Enfin, on a vu que pour mesurer l’intensité, il fallait un ampèremètre et que pour mesurer la tension, il fallait un voltmètre. Le premier se branche en série, le second se branche en dérivation selon le schéma suivant.

Sens du courant électrique. Conducteurs, isolants.

On peut s’interroger sur la nature du courant électrique. C’est quoi l’électricité ? L’électricité, c’est un déplacement d’électrons libres. Souvenez-vous, on a vu que les électrons étaient les particules négatives qui tournaient autour du noyau dans les atomes. Lorsque l’on met une pile, les électrons vont avoir tendance à être attirés par la borne + de la pile puisqu’ils sont chargés -. On se rappellera en effet que les opposés s’attirent. C’est le déplacement de ces électrons qui va créer le courant électrique.

On comprend alors qu’on aura deux types de matériaux. Les matériaux dans lesquels les électrons peuvent se déplacer, les matériaux dans lesquels ils ne peuvent pas se déplacer. Les conducteurs et les isolants. Par exemple, dans les métaux, les électrons peuvent se déplacer, c’est pour cela qu’on utilise des fils de cuivre pour l’électricité. Dans le bois en outre, les électrons ne se déplacent pas, le bois est isolant.

Malheureusement, les physiciens ne font pas toujours les choses simplement. Alors que le courant électrique correspond à un déplacement du – vers le +, on a décidé que le sens du courant serait du + vers le -. On parle de sens conventionnel du courant, car c’est un choix qui a été fait contraire à la réalité, mais à cette époque on ne pouvait pas le savoir.