Karamö, le prof virtuelLeçon 10 sur 17
L'intensité du courant électrique et l'ampèremètre
Je sais brancher un ampèremètre en série, lire une intensité et utiliser les lois de l'intensité dans un circuit en série et en dérivation.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir l'intensité du courant et son unité, l'ampère
- Brancher correctement un ampèremètre en série et choisir le calibre
- Lire une mesure sur un ampèremètre à aiguille ou numérique
- Appliquer la loi d'unicité (série) et la loi des nœuds (dérivation)
Avant de commencer : Le circuit électrique, les symboles normalisés, le sens conventionnel du courant, les montages en série et en dérivation (7e).
1Je découvre
Dans la boutique de réparation de Lansana, à Nzérékoré, Hawa apporte deux lampes torches qui fonctionnent avec la même pile de 4,5 V. La première éclaire faiblement, la seconde éclaire très fort. « Le courant n'est pas le même dans les deux lampes », explique Lansana.
Hawa s'étonne : « Le courant, il passe ou il ne passe pas. Comment peut-il y avoir “plus” ou “moins” de courant ? » Lansana sort alors un appareil avec une aiguille et plusieurs bornes, le branche dans le circuit de chaque torche, et montre deux valeurs différentes.
Hawa veut comprendre ce que mesure cet appareil, comment on le branche sans l'abîmer, et si le courant est le même partout dans un circuit. Qu'est-ce que l'intensité du courant électrique et comment la mesurer ?
2Je comprends
1. L'intensité du courant
Dans un circuit fermé, le courant électrique circule, par convention, de la borne + du générateur vers la borne − à l'extérieur du générateur. Ce courant peut être plus ou moins « fort » : la grandeur qui mesure le débit du courant s'appelle l'intensité du courant électrique.
- Symbole : I.
- Unité : l'ampère, de symbole A, du nom du savant français André-Marie Ampère.
- Sous-multiple courant : le milliampère (mA) : 1 A = 1 000 mA et 1 mA = 0,001 A.
Plus l'intensité est grande, plus l'effet du courant est grand : une lampe brille davantage, un moteur tourne plus vite.
| Appareil (ordre de grandeur) | Intensité |
|---|---|
| Diode électroluminescente (DEL) | quelques mA à quelques dizaines de mA |
| Lampe de lampe torche | quelques centaines de mA |
| Démarreur de voiture | plusieurs centaines d'ampères |
2. L'ampèremètre et son branchement
L'intensité se mesure avec un ampèremètre. Son symbole dans un schéma est un cercle contenant la lettre A.
Règle essentielle : l'ampèremètre se branche en série, c'est-à-dire dans la boucle du circuit, à la place d'un fil de connexion. Tout le courant à mesurer doit le traverser.
Polarité : le courant doit entrer par la borne marquée A ou mA (reliée du côté de la borne + du générateur) et sortir par la borne COM (reliée du côté de la borne −). Si on inverse, l'aiguille part dans le mauvais sens (sur un appareil numérique, un signe « − » apparaît devant la valeur).
Attention : ne jamais brancher un ampèremètre directement aux bornes d'un générateur ou en dérivation aux bornes d'une lampe : il se comporterait comme un simple fil, provoquerait un court-circuit et pourrait être détruit.
3. Le calibre
Un ampèremètre possède plusieurs calibres (par exemple 10 A, 1 A, 300 mA, 30 mA). Le calibre est la plus grande intensité que l'appareil peut mesurer dans cette position.
Méthode
Pour mesurer une intensité avec un ampèremètre :
- J'ouvre l'interrupteur et je branche l'ampèremètre en série dans le circuit.
- Je relie la borne A (ou mA) du côté de la borne + du générateur et la borne COM du côté de la borne −.
- Je choisis d'abord le plus grand calibre, pour ne pas abîmer l'appareil.
- Je ferme le circuit et je lis la valeur.
- Si la valeur est plus petite que le calibre inférieur, je passe à ce calibre pour une mesure plus précise.
- J'écris le résultat avec son unité.
4. Lire une mesure
Ampèremètre numérique : on lit directement la valeur affichée, dans l'unité du calibre choisi. Sur le calibre 300 mA, l'affichage « 125 » signifie 125 mA.
Ampèremètre à aiguille : on utilise la formule
I = C × nN
- C : le calibre utilisé ;
- n : la graduation devant laquelle s'arrête l'aiguille ;
- N : le nombre total de graduations de l'échelle choisie.
Exemple
Lansana utilise le calibre 1 A d'un ampèremètre à aiguille. L'échelle compte 100 graduations et l'aiguille s'arrête sur la graduation 35. Quelle est l'intensité ?
I = C × n ÷ N = 1 × 35 ÷ 100 = 0,35 A = 350 mA.
Exemple
Sur le calibre 300 mA, avec une échelle de 30 graduations, l'aiguille indique 12. Intensité ?
I = 300 × 12 ÷ 30 = 3 600 ÷ 30 = 120 mA = 0,12 A.
5. L'intensité dans un circuit en série : loi d'unicité
On branche une pile, deux lampes différentes et un interrupteur en série, puis on place l'ampèremètre successivement à plusieurs endroits de la boucle (avant la première lampe, entre les deux lampes, après la seconde). On trouve la même valeur partout.
Loi d'unicité de l'intensité : dans un circuit en série, l'intensité du courant est la même en tout point du circuit :
I = I1 = I2 = …
Le courant ne « s'use » donc pas en traversant une lampe : ce qui passe dans la première lampe passe aussi dans la seconde.
6. L'intensité dans un circuit en dérivation : loi des nœuds
Dans un circuit en dérivation, le courant se partage. Un nœud est un point du circuit relié à au moins trois fils.
On mesure l'intensité I dans la branche principale (celle du générateur) et les intensités I1 et I2 dans les deux branches dérivées. On trouve toujours I = I1 + I2.
Loi des nœuds : la somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent.
- une seule boucle
- même intensité partout : I = I₁ = I₂
- si une lampe grille, tout s'éteint
- plusieurs boucles avec des nœuds
- le courant se partage : I = I₁ + I₂
- si une lampe grille, les autres restent allumées
Exemple
Dans un circuit en dérivation, l'ampèremètre de la branche principale indique I = 0,5 A. Celui de la branche de la lampe L₁ indique I₁ = 0,2 A. Quelle est l'intensité I₂ dans la lampe L₂ ?
Loi des nœuds : I = I₁ + I₂, donc I₂ = I − I₁ = 0,5 − 0,2 = 0,3 A.
Dans une maison, les appareils sont branchés en dérivation : plus on branche d'appareils, plus l'intensité dans les fils principaux est grande. C'est pourquoi les multiprises surchargées peuvent chauffer et provoquer un incendie, et pourquoi on protège l'installation par un disjoncteur ou des fusibles, qui coupent le courant si l'intensité devient trop forte.
3Je retiens
Je retiens
L'intensité du courant I se mesure en ampères (A) ; 1 A = 1 000 mA.
On la mesure avec un ampèremètre, toujours branché en série.
Le courant entre par la borne A (ou mA) et sort par la borne COM.
On commence par le plus grand calibre ; lecture à aiguille : I = C × n ÷ N.
Série : l'intensité est la même en tout point (loi d'unicité).
Dérivation : l'intensité dans la branche principale est la somme des intensités des branches (loi des nœuds : I = I₁ + I₂).
Un ampèremètre branché en dérivation provoque un court-circuit.
4Erreurs fréquentes
- Brancher l'ampèremètre aux bornes d'une lampe comme un voltmètre : il doit être dans la boucle, en série.
- Commencer par le plus petit calibre : si l'intensité est plus grande, l'appareil peut être endommagé.
- Croire que le courant diminue après chaque lampe d'un circuit en série : l'intensité est la même partout.
- Oublier de convertir : 250 mA = 0,25 A (on divise par 1 000).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Convertis : a) 0,6 A en mA ; b) 45 mA en A ; c) 1 200 mA en A.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 0,6 A = 0,6 × 1 000 = 600 mA.
b) 45 mA = 45 ÷ 1 000 = 0,045 A.
c) 1 200 mA = 1,2 A.
2Exercice 2
Un ampèremètre à aiguille possède une échelle de 100 graduations. Calcule l'intensité mesurée dans chaque cas.
a) Calibre 3 A, aiguille sur 40.
b) Calibre 100 mA, aiguille sur 75.
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a) I = 3 × 40100 = 120100 = 1,2 A.
b) I = 100 × 75100 = 75 mA = 0,075 A.
3Exercice 3
Dans un circuit en série comportant une pile, une lampe et un moteur, on mesure 0,25 A juste après la pile. Quelle intensité mesure-t-on dans la lampe ? Et dans le moteur ? Énonce la loi utilisée.
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Le circuit est en série. D'après la loi d'unicité de l'intensité, dans un circuit en série l'intensité est la même en tout point. On mesure donc 0,25 A dans la lampe et 0,25 A dans le moteur.
4Exercice 4
Trois lampes sont branchées en dérivation sur une même pile. On mesure I1 = 0,15 A, I2 = 0,25 A et I3 = 0,1 A.
a) Calcule l'intensité I dans la branche principale.
b) Si la lampe 3 grille, que devient I ?
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a) Loi des nœuds : I = I1 + I2 + I3 = 0,15 + 0,25 + 0,1 = 0,5 A.
b) Si la lampe 3 grille, sa branche ne laisse plus passer de courant (I3 = 0). Les deux autres lampes restent allumées : I = 0,15 + 0,25 = 0,4 A.
5Exercice 5
(Démarche expérimentale) Fanta veut mesurer l'intensité du courant qui traverse une lampe de lampe torche. Elle dispose d'un ampèremètre avec les calibres 10 A, 1 A et 100 mA.
a) Où doit-elle placer l'ampèremètre ? À quelles bornes relier les fils ?
b) Quel calibre doit-elle choisir en premier ? Pourquoi ?
c) Avec le calibre 1 A, l'appareil numérique affiche 0,08. Doit-elle changer de calibre ? Lequel choisir, et que devrait-elle lire ?
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a) Elle doit placer l'ampèremètre en série avec la lampe, dans la boucle du circuit. Le fil venant de la borne + de la pile va sur la borne A (ou mA) ; la borne COM est reliée vers la lampe puis vers la borne − de la pile.
b) Elle choisit d'abord le plus grand calibre, 10 A, car elle ne connaît pas encore l'intensité : un calibre trop petit pourrait abîmer l'appareil.
c) Oui. L'intensité vaut 0,08 A = 80 mA, qui est plus petit que 100 mA. Elle peut passer au calibre 100 mA, plus précis, et devrait lire environ 80 (mA).
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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Toutes les leçons de Physique · 8e
Leçon ajoutée par Kharandi pour compléter le programme de la classe.
