Grandeurs électriques : tension, intensité et résistance

La télécommande de la télé fonctionne avec deux piles portant l'inscription $1,5\ \text{V}$. Quelle grandeur électrique ce nombre indique-t-il ? Expliquer avec vos mots ce qu'il nous dit sur la « poussée » que la pile donne aux charges du circuit.

Classer ces piles de la plus grande à la plus petite « poussée » sur les charges : la pile de $9\ \text{V}$ d'un détecteur de fumée, celle de $4,5\ \text{V}$ d'une vieille lampe de poche et celle de $1,5\ \text{V}$ d'une horloge murale. Quelle grandeur avez-vous comparée pour les classer ?

La tension des prises de la maison est de $230\ \text{V}$ et celle d'une pile bouton, de $3\ \text{V}$.

1. a) Quelle grandeur compare-t-on ?
2. b) Expliquer, avec l'idée de « poussée » sur les charges, pourquoi le réseau électrique est dangereux et une pile bouton ne l'est pas.
3. c) Le corps humain oppose une certaine résistance au passage du courant. Avec cette idée, expliquer ce qui se passera si la tension que l'on touche est beaucoup plus grande.

Quelle grandeur électrique indique la quantité de charge qui traverse un fil chaque seconde ? Dans quelle unité se mesure-t-elle dans le Système international ?

La notice d'un drone jouet indique que ses moteurs consomment $500\ \text{mA}$.

1. a) Exprimer cette intensité en ampères.
2. b) Consomme-t-il plus ou moins de courant qu'une ampoule traversée par $0,6\ \text{A}$ ?

Un ventilateur portable contient quatre piles de $1,5\ \text{V}$ placées les unes à la suite des autres, comme le montre la figure, et l'ensemble délivre $6\ \text{V}$.

1. a) Quelle grandeur s'additionne lorsqu'on place ainsi les piles ?
2. b) Expliquer ce résultat en imaginant plusieurs pompes à eau placées à la suite dans le même tuyau.
3. c) Quelle tension l'ensemble donnerait-il si l'on retirait l'une des piles ?

Tous les éléments d'un circuit gênent plus ou moins le passage du courant. Quelle grandeur mesure cette difficulté ? Dans quelle unité s'exprime-t-elle ?

Associer chaque grandeur électrique à son unité et écrire les trois couples complets :

1. a) Tension.
2. b) Intensité.
3. c) Résistance.

Unités : ohm ($\Omega$), volt ($\text{V}$) et ampère ($\text{A}$).

Dans un tuyau large et court, l'eau s'écoule facilement ; dans un tuyau étroit et long, elle a beaucoup plus de mal.

1. a) Lequel des deux oppose le plus de résistance au passage de l'eau ?
2. b) Transposer l'idée à deux fils de cuivre, l'un court et épais et l'autre long et fin : dans lequel le courant circulera-t-il le mieux ? Justifier.

On branche séparément à la même pile, avec une ampoule, une barre de cuivre et une mine de crayon (graphite) de même taille : avec le cuivre, l'ampoule brille nettement plus.

1. a) Lequel des deux matériaux a la plus grande résistance ? Comment le savez-vous ?
2. b) Diriez-vous que le graphite est conducteur ou isolant ? Justifiez à l'aide de ce qui a été observé.
3. c) Proposez une raison pour laquelle les gaines des fils électriques sont en plastique et non en graphite.

Dans l'analogie hydraulique, un circuit électrique ressemble à un circuit d'eau avec un réservoir surélevé et des tuyaux, comme le montre la figure.

Indiquer à quelle grandeur électrique correspond chaque élément :

1. a) La hauteur à laquelle se trouve le réservoir.
2. b) Le débit d'eau qui circule dans le tuyau.
3. c) L'étroitesse du tuyau.

Compléter la phrase avec les mots manquants : « La tension se mesure en $\dots$, l'intensité en $\dots$ et la résistance en $\dots$ ». Écrire ensuite le symbole de chaque unité.

Un tuyau d'arrosage est relié à un réservoir d'eau surélevé, comme le montre la figure.

1. a) Si l'on monte le réservoir plus haut, que devient le débit à la sortie du tuyau ?
2. b) Transposer la réponse à un circuit : quelle grandeur électrique représente la hauteur du réservoir et que devient le courant si elle augmente ?
3. c) Si l'on rétrécit maintenant le tuyau, que devient le débit ? À quoi cela correspond-il dans le circuit ?

Au laboratoire, il y a trois résistances étiquetées $2\ \text{k}\Omega$, $2200\ \Omega$ et $2,5\cdot10^{3}\ \Omega$.

1. a) Exprimer les trois valeurs en ohms.
2. b) Les classer de la plus petite à la plus grande résistance.

On monte un circuit avec une pile, des fils et une ampoule.

1. a) Construire l'analogie hydraulique complète : indiquer ce que représentent, dans un circuit d'eau avec pompe, la pile, les fils, l'ampoule et le courant.
2. b) À l'aide de l'analogie, prévoir ce qui arrive à l'éclat de l'ampoule si l'on passe à une pile de tension plus élevée.
3. c) Et si l'on ajoute une seconde ampoule qui « rétrécit » davantage le passage ?

Lors d'un montage au laboratoire, Hugo remplace le fil épais par un fil de cuivre très fin et long, et observe que l'ampoule brille moins.

1. a) Quelle grandeur du nouveau fil a changé par rapport au précédent ?
2. b) Expliquer avec l'analogie hydraulique pourquoi l'ampoule brille moins.
3. c) Prévoir ce qui se sera passé avec la mesure de l'ampèremètre du circuit : indique-t-il plus, moins ou la même chose ?

Ces phrases d'un contrôle comportent des erreurs d'unités. Corriger chacune et justifier la correction :

1. a) « La pile a une intensité de $1,5\ \text{V}$ ».
2. b) « L'ampoule est traversée par une tension de $0,3\ \text{A}$ ».
3. c) « La résistance de ce fil est de $10\ \text{V}$ ».

Au laboratoire, nous utilisons un appareil qui peut mesurer une tension, une intensité et une résistance selon la position de sa molette.

1. a) Comment s'appelle-t-il ?
2. b) Quel calibre choisiriez-vous avec la molette pour vérifier la pile de $4,5\ \text{V}$ d'un jouet ?

On veut mesurer avec le multimètre la résistance d'une ampoule débranchée du circuit.

1. a) Quelle unité sélectionne-t-on avec la molette de l'appareil ?
2. b) Si le multimètre indique $10\ \Omega$, expliquer ce que signifie cette valeur.

Observer le circuit de la figure, avec les deux placements possibles (A et B) du multimètre.

Pour mesurer la tension aux bornes d'une ampoule reliée à une pile, où place-t-on les deux pinces du multimètre : en touchant les deux bornes de l'ampoule ou en coupant un fil et en intercalant l'appareil dans le circuit ? Expliquer ce que mesure le multimètre dans chaque placement.

On veut mesurer le courant qui traverse une ampoule dans un circuit avec pile, comme celui de la figure, qui montre deux placements possibles (A et B) de l'appareil.

1. a) Où faut-il placer l'ampèremètre ?
2. b) Expliquer pourquoi il ne suffit pas de toucher simplement les deux bornes de l'ampoule avec les pinces.

En mesurant avec le multimètre une pile de télécommande qui devrait donner $1,5\ \text{V}$, l'appareil indique $1,2\ \text{V}$.

1. a) Quelle grandeur a-t-on mesurée et dans quelle unité ?
2. b) Que pensez-vous qu'il soit arrivé à la pile ? La garderiez-vous dans un appareil qui a besoin de beaucoup de « poussée » ?

Observer sur la figure comment sont branchés l'ampèremètre et le voltmètre.

L'ampèremètre se branche en l'intercalant dans le circuit, de sorte que tout le courant passe par lui.

1. a) Justifier si sa résistance interne doit être très grande ou très petite, en pensant à ce qui arriverait au courant que l'on veut mesurer.
2. b) Le voltmètre, en revanche, se branche en touchant les deux bornes de l'élément. Justifier si une résistance interne grande ou petite lui convient, en pensant au chemin que le courant préférera suivre.

Vous disposez d'une pile, d'une ampoule, de fils et d'un multimètre. Décrire pas à pas comment vous mesureriez :

1. a) La tension que la pile applique à l'ampoule.
2. b) L'intensité qui la traverse.
3. c) Expliquer pourquoi, dans un cas, l'appareil se place en touchant les bornes de l'ampoule et, dans l'autre, intercalé dans le circuit.