Les circuits électriques et la loi d’Ohm : fiche de révision

1Le cours condensé

Un circuit électrique est une boucle fermée de conducteurs comprenant au moins un générateur (pile, secteur), des récepteurs (lampe, moteur, résistance) et des fils ; un interrupteur ouvert coupe la boucle et le courant. Le courant circule, par convention, de la borne + vers la borne − du générateur à l’extérieur de celui-ci.

Deux grandeurs le décrivent. L’intensité I, en ampères (A), mesure le débit de charges : elle se mesure avec un ampèremètre branché en série. La tension U, en volts (V), se mesure entre deux points avec un voltmètre branché en dérivation. Le multimètre regroupe les deux fonctions.

Dans un circuit en série (une seule boucle), l’intensité est la même en tout point et la tension du générateur se répartit entre les récepteurs : U = U₁ + U₂ (loi d’additivité des tensions). Si un récepteur grille, tout s’éteint. Dans un circuit en dérivation (plusieurs boucles), chaque branche reçoit la même tension que le générateur, et l’intensité du circuit principal est la somme des intensités des branches : I = I₁ + I₂ (loi des nœuds). Les récepteurs fonctionnent indépendamment : c’est le montage des installations domestiques.

Une résistance (ou conducteur ohmique) limite l’intensité. La loi d’Ohm relie la tension à ses bornes et l’intensité qui la traverse : U = R × I, avec R en ohms (Ω). Sa caractéristique U en fonction de I est une droite passant par l’origine, dont la pente donne R. La puissance reçue vaut P = U × I et l’énergie E = P × t.

Sécurité : le secteur délivre une tension alternative de 230 V, dangereuse. Un court-circuit (fil reliant directement les deux bornes d’un générateur ou d’un récepteur) fait grimper l’intensité, chauffe et peut provoquer un incendie : le disjoncteur et les fusibles coupent le courant quand l’intensité dépasse un seuil, la prise de terre évacue le courant en cas de défaut d’isolement. L’eau conductrice et le corps humain traversé par un courant sont les deux dangers domestiques.

2Formules et règles à connaître par cœur

Ampèremètre en série, voltmètre en dérivation. Série : I identique partout, U = U₁ + U₂. Dérivation : U identique dans chaque branche, I = I₁ + I₂. Loi d’Ohm : U = R × I, donc I = U / R et R = U / I (V, Ω, A). Caractéristique d’une résistance : droite passant par l’origine. P = U × I (W) ; E = P × t. Secteur : 230 V alternatif. Court-circuit → intensité très élevée → échauffement ; protection par disjoncteur, fusible, prise de terre. Conducteurs : métaux, solutions ioniques ; isolants : plastique, verre, bois sec, air.

3Ce qui tombe au brevet et les pièges

L’épreuve de sciences du brevet 2027 dure 1 heure, sur deux disciplines sur trois annoncées deux mois avant ; chaque discipline est notée sur 10 points, dont 1 point de maîtrise de la langue, sur une seule copie (note de service MENE2623228N). L’électricité est l’un des deux grands sujets de physique avec l’énergie.

Exercices types : schématiser un circuit avec les symboles normalisés et placer un ampèremètre ou un voltmètre ; déduire une intensité ou une tension manquante avec les lois des circuits ; exploiter un tableau de mesures U et I pour vérifier la loi d’Ohm (le rapport U / I est constant) et calculer R ; tracer ou lire une caractéristique et en déduire R par la pente ; calculer une puissance ou une énergie ; expliquer le rôle d’un fusible ou d’un disjoncteur dans une situation de court-circuit.

Pièges : brancher l’ampèremètre en dérivation (ce qui crée un court-circuit) ; croire que l’intensité « s’use » le long d’un circuit série ; confondre les lois série et dérivation ; écrire R = U × I ; lire la caractéristique dans le mauvais sens (R est la pente, pas une valeur lue) ; oublier l’unité ohm ; dire que le disjoncteur « empêche » le court-circuit alors qu’il coupe le courant une fois qu’il se produit.

4Comment s’entraîner

Redessine de mémoire un circuit série et un circuit dérivation avec deux lampes, puis place les appareils de mesure. Fais dix applications de la loi d’Ohm en changeant l’inconnue (U, R ou I), puis vérifie une loi d’Ohm sur un tableau de cinq mesures en calculant chaque rapport U / I. Rédige en trois phrases le mécanisme du court-circuit et le rôle du disjoncteur. Un QCM généré depuis ta fiche confirme que les deux montages ne se mélangent plus.