Tu fais glisser l’interrupteur d’une lampe de poche, et la lumière apparaît ; tu appuies sur la sonnette, et elle retentit. Derrière ces gestes se cache toujours la même chose : un circuit électrique, une boucle dans laquelle l’électricité circule. Voyons comment construire et dessiner des circuits électriques simples, et pourquoi certains ne fonctionnent pas.
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Des circuits électriques simples autour de nous
La lampe de poche, la sonnette, le ventilateur à piles, la lampe de chevet : tous ces objets contiennent un circuit. Pour qu’ils fonctionnent, il faut une source d’énergie électrique (la pile), un appareil qui utilise cette énergie (la lampe, le moteur…), et des fils qui relient le tout.
Un circuit électrique simple est une boucle formée d’un générateur et de dipôles reliés par des fils conducteurs. Chaque élément du circuit (pile, lampe, moteur, interrupteur) est appelé un dipôle : il possède deux bornes par lesquelles le courant entre et sort.
Le générateur et les récepteurs
Dans un circuit, certains dipôles fournissent de l’énergie et d’autres la reçoivent.
Le générateur fournit l’énergie électrique au circuit (une pile, une batterie). Un récepteur reçoit cette énergie et la convertit en une autre forme : la lampe en lumière, le moteur en mouvement, le buzzer en son. L’interrupteur n’est ni l’un ni l’autre : il ouvre ou ferme le circuit.
| Dipôle | Rôle | Conversion d’énergie |
|---|---|---|
| Pile | générateur | chimique → électrique |
| Lampe | récepteur | électrique → lumineuse (et chaleur) |
| Moteur | récepteur | électrique → mouvement |
| Buzzer | récepteur | électrique → sonore |
| Interrupteur | ouvre ou ferme le circuit | aucune |
Chaque pile porte une indication en volts (symbole V) : 1,5 V pour une pile ronde, 4,5 V pour une pile plate. Cette valeur est la tension de la pile ; une lampe est elle aussi prévue pour une tension donnée (par exemple 4,5 V).
Le schéma normalisé d’un circuit
Pour que tout le monde comprenne un circuit, on le dessine avec des symboles normalisés : ce sont les mêmes partout dans le monde.
Voici le schéma d’un circuit simple : une pile, un interrupteur fermé et une lampe. On trace des fils droits avec des angles droits, sans dessiner de symbole par-dessus un fil.
Sur le symbole de la pile, le long trait est la borne + et le court trait épais est la borne −.
Circuit fermé, circuit ouvert
La lampe ne brille que si le courant peut circuler en boucle : il part d’une borne de la pile, traverse la lampe et revient à l’autre borne. Si la boucle est coupée quelque part (interrupteur ouvert, fil débranché, ampoule grillée), le courant ne passe plus.
Un récepteur fonctionne quand il fait partie d’une boucle fermée contenant un générateur. Un circuit ouvert (coupé) ne laisse passer aucun courant : les récepteurs ne fonctionnent pas.
Lina a relié une pile, un interrupteur et une lampe, mais la lampe ne brille pas. Elle vérifie dans l’ordre : 1. l’interrupteur est-il fermé ? 2. chaque fil est-il bien serré sur une borne ? 3. l’ampoule est-elle intacte (le filament n’est pas coupé) ? 4. la pile est-elle usée ? Elle découvre qu’un fil n’était pas vissé : le circuit était ouvert, la lampe s’allume dès qu’il est bien fixé.
Le sens du courant
Par convention, dans un circuit extérieur à la pile, le courant circule de la borne + vers la borne −. Pour une lampe, le sens n’a pas d’importance. Pour un moteur, il en a une : si on inverse les fils, le moteur tourne dans l’autre sens. Une diode électroluminescente (DEL) ne s’allume que dans un seul sens.
Le court-circuit, un danger
Un court-circuit se produit quand on relie directement les deux bornes d’un générateur avec un fil, sans récepteur entre elles. Le courant est alors très grand : les fils et la pile chauffent fortement.
On ne relie jamais les bornes d’une pile par un simple fil. Une pile en court-circuit peut devenir brûlante en quelques secondes, couler ou même s’enflammer. Et on ne fait jamais d’expérience avec le courant d’une prise murale (230 V) : il est mortel.
Conducteurs et isolants
Pour que le courant passe, il faut un conducteur. Les fils électriques sont en cuivre, un métal conducteur, entouré d’une gaine en plastique, un isolant, qui protège l’utilisateur.
| Conducteurs | Isolants |
|---|---|
| métaux : cuivre, fer, aluminium, argent | plastique, caoutchouc |
| graphite (mine de crayon) | verre, porcelaine |
| eau salée, eau du robinet (un peu) | bois sec, carton, papier |
Un circuit n’est pas fait de deux fils séparés que l’électricité « consomme » dans la lampe. Le courant ne s’use pas : il circule en boucle, comme l’eau d’un circuit fermé, et revient à la pile.
Une lampe est prévue pour 4,5 V et on dispose de piles de 1,5 V. En les associant l’une derrière l’autre, leurs tensions s’additionnent : il faut 4,5 ÷ 1,5 = 3 piles. Avec 2 piles, la tension est 2 × 1,5 = 3 V : la lampe brille faiblement.
L’essentiel à retenir
- Un circuit simple est une boucle contenant un générateur, des récepteurs et des fils.
- On le dessine avec des symboles normalisés ; sur la pile, le long trait est la borne +.
- Un récepteur ne fonctionne que si le circuit est fermé.
- Par convention, le courant sort de la borne + du générateur et revient par la borne −.
- Le court-circuit (fil direct entre les bornes) est dangereux.
- Les métaux sont conducteurs ; le plastique, le verre et le bois sec sont isolants.