Électricité — lois et circuits en 4ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de électricité — lois et circuits pour les élèves de 4ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Loi d'Ohm : U = R × I
- Résistance électrique (ohm)
- Loi des nœuds (intensité en dérivation)
- Loi des mailles (tension en série et en dérivation)
- Puissance électrique P = U × I
- Énergie électrique (kilowattheure)
- Effet Joule et sécurité
La loi d'Ohm : tension, intensité, résistance
La loi d'Ohm relie trois grandeurs électriques : la tension (en volts), l'intensité du courant (en ampères) et la résistance (en ohms). Elle s'écrit : $U = R \times I$. Plus la résistance augmente, plus l'intensité diminue pour une même tension.
Exemple
Quand tu augmentes la luminosité d'une lampe, tu diminues sa résistance, ce qui augmente l'intensité du courant qui la traverse, et elle brille plus fort.
À retenir : La formule $U = R \times I$ permet de calculer l'une des trois grandeurs si on connaît les deux autres.
La résistance électrique en ohms
La résistance est la capacité d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique. Elle se mesure en ohms (symbole Ω). Plus la résistance est grande, plus elle freine le courant.
Exemple
Un fil de cuivre a une très faible résistance, c'est pour ça qu'on l'utilise dans les câbles. Un filament de lampe a une résistance élevée, ce qui le fait chauffer et briller.
À retenir : La résistance se mesure en ohms (Ω) et on la note R dans les formules.
La loi des nœuds en dérivation
Dans un circuit en dérivation (avec des branches), l'intensité du courant qui arrive à un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent. Le courant se partage entre les branches.
Exemple
Imagine l'eau qui arrive dans un tuyau et se divise en deux petits tuyaux : la quantité d'eau qui arrive = quantité dans le premier tuyau + quantité dans le second tuyau.
À retenir : En dérivation : $I_{total} = I_1 + I_2 + I_3 + ...$
La loi des mailles pour les tensions
Dans un circuit en série, la tension totale fournie par la batterie est égale à la somme des tensions consommées par chaque appareil. En dérivation, tous les appareils reçoivent la même tension.
Exemple
Deux lampes en série : si la batterie fournit 12 V et la première lampe consomme 5 V, la deuxième consomme 7 V. Deux lampes en dérivation : chacune reçoit les 12 V complets.
À retenir : En série : $U_{totale} = U_1 + U_2 + ...$ | En dérivation : $U_{totale} = U_1 = U_2 = ...$
La puissance électrique en watts
La puissance électrique mesure la vitesse à laquelle un appareil consomme de l'énergie. Elle se calcule en multipliant la tension par l'intensité : $P = U \times I$. Elle s'exprime en watts (W).
Exemple
Un sèche-cheveux consomme beaucoup de puissance (1500 W) donc il chauffe vite. Une lampe LED consomme peu (10 W) et chauffe à peine.
À retenir : La puissance se calcule avec $P = U \times I$ et s'exprime en watts (W).
L'énergie électrique en kilowattheures
L'énergie électrique est la puissance multipliée par le temps d'utilisation. On la mesure en kilowattheures (kWh) sur les factures d'électricité. $E = P \times t$ (avec P en kW et t en heures).
Exemple
Si tu laisses une lampe de 100 W allumée pendant 10 heures, elle consomme 1 kWh d'énergie. C'est ce que mesure le compteur électrique de ta maison.
À retenir : L'énergie électrique se mesure en kilowattheures (kWh) et se calcule avec $E = P \times t$.
L'effet Joule et la sécurité électrique
L'effet Joule est le dégagement de chaleur quand le courant traverse une résistance. C'est utile pour les radiateurs et les grille-pain, mais dangereux si le courant est trop intense : il peut provoquer un incendie ou brûler les fils.
Exemple
Un radiateur électrique utilise l'effet Joule pour chauffer. Mais si trop d'appareils puissants fonctionnent ensemble, les fils surchauffent et peuvent prendre feu. C'est pour ça qu'il y a des disjoncteurs.
À retenir : L'effet Joule produit de la chaleur : utile pour chauffer, mais dangereux s'il est trop intense.
Les points clés
- La loi d'Ohm ($U = R \times I$) relie tension, intensité et résistance
- En série, les tensions s'ajoutent ; en dérivation, les intensités s'ajoutent
- La puissance ($P = U \times I$) mesure la consommation d'énergie en watts
- L'énergie électrique se mesure en kilowattheures (kWh) sur les factures
- L'effet Joule crée de la chaleur : utile mais à surveiller pour la sécurité
L'essentiel
Les trois lois fondamentales de l'électricité sont : la loi d'Ohm ($U = R \times I$), la loi des nœuds (intensités en dérivation) et la loi des mailles (tensions en série et dérivation).
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un appareil électrique est traversé par un courant d'intensité I = 0,5 A lorsqu'il est soumis à une tension U = 6 V. Calculer la résistance R de cet appareil.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Dans un circuit série, deux lampes L1 et L2 sont montées. La tension aux bornes de la pile est de 9 V. La tension aux bornes de la lampe L1 est de 3 V. Quelle est la tension aux bornes de la lampe L2 ? Justifier votre réponse.
Corrige cet exercice avec le tuteur →