Karamö, le prof virtuelLeçon 13 sur 18
Piles associées en série
Je sais brancher des piles en série et calculer la tension obtenue, en tenant compte du sens de chaque pile.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Savoir que chaque pile porte une tension exprimée en volts (V)
- Associer correctement des piles en série (borne + de l'une à la borne − de la suivante)
- Calculer la tension d'une association de piles en série, y compris avec une pile inversée
- Choisir une association de piles adaptée à la tension nominale d'une lampe
Avant de commencer : Les leçons « Le circuit électrique » et « Lampes associées en série ».
1Je découvre
À Guéckédou, Sékou veut faire marcher le petit poste radio de son grand-père pour écouter les informations. Il ouvre le couvercle à l'arrière : il y a la place pour quatre piles rondes, et un petit dessin montre dans quel sens les placer. Sur chaque pile, il lit « 1,5 V ». Sous le poste, une étiquette indique « 6 V ».
Sékou se demande : « Comment quatre piles de 1,5 V peuvent-elles donner 6 V ? » Il met les piles un peu au hasard : le poste reste muet. Son grand-père lui montre le dessin : « Regarde bien les signes + et −. Une seule pile à l'envers, et rien ne marche comme il faut. »
Que se passe-t-il quand on branche des piles les unes à la suite des autres, et comment calculer la tension obtenue ?
2Je comprends
1. La tension d'une pile
Sur chaque pile est inscrit un nombre suivi de la lettre V : 1,5 V pour une pile ronde, 4,5 V pour une pile plate, 9 V pour une pile rectangulaire. C'est la tension de la pile. Elle s'exprime en volts, symbole V. On la mesure avec un voltmètre.
Tu peux voir la tension comme la « force » avec laquelle la pile fait circuler le courant dans le circuit. Plus la tension est grande, plus une même lampe brille (jusqu'à ce qu'elle grille si la tension est trop forte).
Sur une lampe, on lit aussi une tension : c'est sa tension nominale, la tension sous laquelle elle brille normalement. Par exemple, une lampe marquée « 3,5 V » brille normalement avec environ 3,5 V.
2. Qu'est-ce qu'une association de piles en série ?
Des piles sont associées en série quand la borne + d'une pile est reliée à la borne − de la pile suivante, et ainsi de suite, en une seule chaîne. On utilise alors comme générateur les deux bornes restées libres aux extrémités : la borne + de la première pile et la borne − de la dernière.
Dans une lampe torche, les piles rondes sont empilées l'une derrière l'autre, le bouton + de chacune touchant le fond − de la suivante : elles sont en série.
Règle : la tension d'une association de piles en série, toutes dans le même sens, est égale à la somme des tensions des piles.
U = U1 + U2 + U3 + …
C'est ainsi que les quatre piles de 1,5 V du poste radio donnent 4 × 1,5 = 6 V.
Tu le savais peut-être : une pile plate de 4,5 V contient à l'intérieur trois éléments de 1,5 V branchés en série (3 × 1,5 = 4,5 V). Et une batterie de voiture de 12 V contient six éléments de 2 V en série.
3. Quand une pile est à l'envers
Si l'on retourne une pile dans la chaîne (sa borne + reliée à la borne + de la voisine), elle est en opposition : sa tension se retranche au lieu de s'ajouter.
Exemple
Trois piles de 1,5 V sont en série, mais la troisième est à l'envers.
Question : quelle est la tension de l'association ?
Réponse pas à pas :
- Les deux premières piles sont dans le même sens : leurs tensions s'additionnent, 1,5 + 1,5 = 3 V.
- La troisième est en opposition : sa tension se retranche.
- U = 1,5 + 1,5 − 1,5 = 1,5 V.
L'association ne donne que 1,5 V au lieu de 4,5 V : le poste radio de Sékou ne peut pas marcher correctement.
Avec deux piles identiques en opposition, la tension est 1,5 - 1,5 = 0 V : la lampe ne brille pas du tout.
4. Adapter les piles à la lampe
Pour qu'une lampe brille normalement, la tension du générateur doit être proche de sa tension nominale :
- tension beaucoup plus faible : la lampe brille faiblement, ou pas du tout ;
- tension proche : la lampe brille normalement ;
- tension beaucoup plus forte : la lampe brille très fort puis grille (son filament fond).
Exemple
On dispose de piles rondes de 1,5 V et d'une lampe marquée « 4,5 V ».
Question : combien de piles faut-il associer en série pour qu'elle brille normalement ?
Réponse pas à pas :
- On cherche n tel que n × 1,5 = 4,5.
- n = 4,5 ÷ 1,5 = 3.
- Il faut 3 piles de 1,5 V en série, toutes dans le même sens.
Avec 1 pile (1,5 V), la lampe brillerait faiblement ; avec 6 piles (9 V), elle risquerait de griller.
Exemple
Kadiatou associe en série une pile plate de 4,5 V et deux piles rondes de 1,5 V, toutes dans le même sens.
Question : quelle tension obtient-elle ?
Réponse : U = 4,5 + 1,5 + 1,5 = 7,5 V.
Méthode
Pour calculer la tension d'une association de piles en série :
- Je vérifie que les piles forment une seule chaîne (borne + de l'une vers borne − de la suivante).
- Je repère le sens de chaque pile : même sens que la majorité, ou à l'envers.
- J'additionne les tensions des piles dans le bon sens.
- Je retranche les tensions des piles à l'envers.
- J'écris le résultat avec l'unité : U = … V.
5. Avantages et précautions
- on obtient une tension plus grande
- on peut adapter la tension à l'appareil
- une lampe peut briller plus fort
- respecter le sens de chaque pile (+ vers −)
- ne pas dépasser la tension nominale de la lampe
- utiliser des piles de même type et de même âge
Dans une association en série, le même courant traverse toutes les piles : elles s'usent en même temps. C'est pourquoi on change toutes les piles d'un appareil ensemble, et on ne mélange pas une pile neuve avec des piles usées.
Les piles usées ne se jettent pas dans le feu ni dans la nature : elles contiennent des substances polluantes. On les rapporte là où elles sont collectées quand c'est possible.
3Je retiens
Je retiens
La tension d'une pile s'exprime en volts (V) ; on la mesure avec un voltmètre.
Piles en série : la borne + de chaque pile est reliée à la borne − de la suivante.
Tension de piles en série dans le même sens : U = U1 + U2 + U3 + …
Une pile à l'envers (en opposition) retranche sa tension.
Une pile plate de 4,5 V contient trois éléments de 1,5 V en série.
Une lampe brille normalement sous une tension proche de sa tension nominale ; trop forte, elle grille.
4Erreurs fréquentes
- Relier la borne + d'une pile à la borne + de la suivante en croyant faire une association en série : la pile est alors en opposition, sa tension se retranche.
- Additionner toutes les tensions sans regarder le sens des piles.
- Croire que « plus il y a de piles, mieux c'est » : une tension trop forte fait griller la lampe.
- Mélanger des piles neuves et des piles usées dans un même appareil.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète :
a) La tension s'exprime en … , de symbole …
b) Dans une association en série, la borne … d'une pile est reliée à la borne … de la suivante.
c) La tension de piles en série dans le même sens est égale à la … de leurs tensions.
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a) La tension s'exprime en volts, de symbole V.
b) Dans une association en série, la borne + d'une pile est reliée à la borne − de la suivante.
c) La tension de piles en série dans le même sens est égale à la somme de leurs tensions.
2Exercice 2
Calcule la tension obtenue avec des piles en série, toutes dans le même sens :
a) deux piles de 1,5 V ;
b) deux piles plates de 4,5 V ;
c) une pile de 9 V et une pile de 1,5 V.
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a) U = 1,5 + 1,5 = 3 V.
b) U = 4,5 + 4,5 = 9 V.
c) U = 9 + 1,5 = 10,5 V.
3Exercice 3
Trois piles de 1,5 V sont en série. Calcule la tension obtenue :
a) si les trois sont dans le même sens ;
b) si une pile est à l'envers ;
c) Quelle association donnerait 0 V avec deux de ces piles ?
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a) U = 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V.
b) U = 1,5 + 1,5 - 1,5 = 1,5 V.
c) Deux piles de 1,5 V en opposition (borne + reliée à la borne +) : U = 1,5 - 1,5 = 0 V.
4Exercice 4
Mariama a une lampe marquée « 6 V » et des piles rondes de 1,5 V.
a) Combien de piles doit-elle associer en série pour que la lampe brille normalement ?
b) Comment brille la lampe avec 2 piles seulement ? Pourquoi ?
c) Que risque-t-il d'arriver avec une pile de 9 V et une pile de 4,5 V en série ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 6 ÷ 1,5 = 4 : il faut 4 piles de 1,5 V en série, dans le même sens.
b) Avec 2 piles, U = 3 V, soit la moitié de la tension nominale : la lampe brille faiblement.
c) U = 9 + 4,5 = 13,5 V, beaucoup plus que 6 V : la lampe brillerait très fort puis grillerait.
5Exercice 5
La lampe torche d'Ibrahima fonctionne avec deux piles rondes en série.
a) Quelle est la tension fournie si chaque pile fait 1,5 V ?
b) Il remet les piles après les avoir nettoyées, mais la lampe ne s'allume plus du tout. La pile du fond a été mise à l'envers. Calcule la nouvelle tension et explique.
c) Décris comment placer correctement les deux piles.
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a) U = 1,5 + 1,5 = 3 V.
b) Les deux piles sont en opposition : U = 1,5 - 1,5 = 0 V. Il n'y a plus de tension, la lampe ne peut pas s'allumer.
c) Les deux piles doivent être dans le même sens : le bouton + de la première touche le fond − de la seconde, en suivant le dessin gravé dans la torche.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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