Électricité : circuits et lois en 2nde
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de électricité : circuits et lois pour les élèves de 2nde. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Courant continu et alternatif
- Loi d'Ohm et résistance électrique
- Lois d'additivité des tensions et intensités
- Sécurité électrique et protection des personnes
- Puissance et énergie électrique
Courant continu et alternatif
Le courant continu (CC) circule toujours dans le même sens, comme dans une pile. Le courant alternatif (CA) change de direction régulièrement, comme l'électricité du secteur à la maison.
Exemple
Une lampe de poche fonctionne en courant continu (pile). Ton téléphone se recharge sur une prise murale (courant alternatif), mais son chargeur transforme ce courant en courant continu.
À retenir : Le courant continu vient des piles, le courant alternatif vient du secteur (tension sinusoïdale de valeur efficace 230 V et de fréquence 50 Hz en France).
Loi d'Ohm et résistance électrique
La loi d'Ohm relie la tension, l'intensité et la résistance. La résistance est la capacité d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique.
Exemple
Une résistance de 100 ohms soumise à une tension de 5 V est traversée par un courant d'intensité $I = \frac{U}{R} = \frac{5}{100} = 0{,}05$ A.
À retenir : La loi d'Ohm s'écrit $U = R \times I$ où U est en volts, R en ohms et I en ampères.
Lois d'additivité des tensions et intensités
En série, les tensions s'ajoutent et l'intensité est la même partout. En parallèle, la tension est la même partout et les intensités s'ajoutent.
Exemple
Deux piles de 1,5 V en série donnent 3 V. Deux ampoules en parallèle reçoivent chacune la même tension mais partagent le courant total.
À retenir : En série : $U_{totale} = U_1 + U_2$ et l'intensité est la même partout. En dérivation (parallèle) : la tension est la même aux bornes de chaque branche et $I_{totale} = I_1 + I_2$ (loi des nœuds).
Sécurité électrique et protection des personnes
La sécurité électrique protège contre les chocs électriques et les incendies. Les dispositifs de protection (disjoncteur, fusible, prise de terre) coupent le circuit en cas de danger.
Exemple
Un fusible fond et un disjoncteur s'ouvre si le courant est trop fort (surcharge, court-circuit) : ils protègent les appareils et l'installation. Le disjoncteur différentiel (30 mA) coupe le courant si une partie du courant fuit, par exemple à travers une personne qui touche un fil dénudé ; associé à la prise de terre, il protège les personnes.
À retenir : Dès quelques dizaines de milliampères (environ 30 mA), un courant qui traverse le corps peut être dangereux, voire mortel : le disjoncteur différentiel 30 mA coupe le circuit avant.
Puissance et énergie électrique
La puissance électrique mesure la vitesse à laquelle l'énergie est consommée. L'énergie est la puissance multipliée par le temps.
Exemple
Un radiateur de 2000 W consomme 2000 joules par seconde. S'il fonctionne 1 heure, il consomme 2 kWh d'énergie, ce que tu paies sur ta facture d'électricité.
À retenir : Puissance : $P = U \times I$ (en watts). Énergie : $E = P \times t$ (en joules ou kWh).
Les points clés
- La loi d'Ohm $U = R \times I$ relie tension, résistance et intensité
- En série les tensions s'ajoutent, en parallèle les intensités s'ajoutent
- Les dispositifs de protection (disjoncteur, fusible) coupent le circuit en cas de surcharge ou de défaut
- La puissance se calcule par $P = U \times I$ et l'énergie par $E = P \times t$
- Le courant alternatif du secteur effectue 50 cycles (périodes) par seconde en France : sa fréquence est de 50 Hz
L'essentiel
Un circuit électrique sûr et efficace respecte la loi d'Ohm, utilise les bonnes protections et calcule correctement la puissance consommée.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un radiateur électrique fonctionne sous 230 V et consomme une intensité de 8 A. Calcule sa résistance et sa puissance.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Trois lampes identiques de 60 ohms chacune sont branchées en parallèle sur une batterie de 12 V. Calcule l'intensité totale du circuit.
Corrige cet exercice avec le tuteur →