Un circuit électrique est constitué de différents dipôles électriques, dont au moins un générateur qui délivre le courant électrique. Par convention, le courant électrique circule de la borne positive vers la borne négative à l'extérieur du générateur. Un schéma électrique représente un circuit électrique, à partir des symboles des différents dipôles qui le composent. Le courant électrique présente plusieurs dangers, car le corps humain est un conducteur électrique et parce qu'en cas de court-circuit, une chaleur importante peut se dégager.
Les éléments d'un circuit électrique
Un circuit électrique est un ensemble de composants électriques (souvent des dipôles). Ces éléments sont reliés entre eux par des fils électriques et parcourus par un courant électrique délivré par un générateur. Un interrupteur permet d'ouvrir ou de fermer le circuit électrique.
Les composants électriques
Les composants électriques sont les éléments qui produisent ou utilisent l'énergie électrique.
Composant électrique
Un composant électrique est un matériel produisant ou utilisant de l'énergie électrique.
La pile et la lampe sont des composants électriques. La première produit de l'énergie électrique que la deuxième utilise.
Deux composants électriques
Dipôle
Un dipôle est un composant électrique possédant uniquement deux bornes, l'une est destinée à l'entrée du courant et l'autre à la sortie du courant.
La pile et la lampe sont des dipôles, car elles ont deux bornes toutes les deux.
Le rôle des différents composants électriques
Pour réaliser un circuit électrique, il faut associer différents composants électriques qui ont chacun un rôle bien précis.
Générateur
Un générateur est un composant électrique produisant de l'énergie électrique pour la transférer à d'autres composants électriques.
Une pile fournit l'énergie électrique au circuit électrique, c'est donc un générateur.
Récepteur
Un récepteur est un composant électrique qui utilise l'énergie électrique pour la convertir en une autre énergie.
Une lampe est un récepteur. Elle utilise l'énergie électrique pour la convertir en énergie lumineuse.
Interrupteur
L'interrupteur est un élément de commande du circuit, il permet d'ouvrir et de fermer le circuit.
L'interrupteur fonctionne en deux positions :
- L'interrupteur fermé laisse passer le courant électrique. Il se comporte comme un conducteur.
- L'interrupteur ouvert ne laisse pas passer le courant électrique. Il se comporte comme un isolant.
Rôle de l'interrupteur
Fils électriques
Les fils électriques ou câbles de connexion sont nécessaires à la réalisation d'un circuit électrique, car ils permettent la liaison entre les différents composants électriques.
Pour réaliser un circuit électrique simple, il faut que ce circuit comporte au moins un générateur, un ou plusieurs récepteurs et un élément de commande (l'interrupteur), le tout étant relié par des fils électriques.
Dans ce circuit, sans la pile, la lampe ne peut pas briller.
Circuit simple
La schématisation d'un circuit simple
On représente un circuit électrique par un schéma électrique en utilisant les symboles des différents dipôles qui le composent.
Les symboles des différents composants électriques
À chaque composant électrique correspond un symbole permettant de le schématiser.
Pour schématiser des circuits électriques, on utilise des symboles représentant les différents composants électriques.
Symboles des dipôles usuels
La réalisation d'un schéma électrique
Le schéma d'un circuit électrique s'obtient en positionnant, sur un rectangle, les symboles des dipôles qui le composent.
Pour représenter un montage électrique, on réalise un schéma électrique en utilisant les symboles des composants. Le circuit électrique est toujours représenté par un rectangle.
Schématisation
Dans un schéma de circuit électrique, il faut faire attention à l'ordre et au sens des dipôles.
Ordre des dipôles
On ne place jamais les symboles des composants électriques dans les coins du rectangle.
Le courant électrique
Dans un circuit électrique, le courant électrique circule dans un seul sens : de la borne positive vers la borne négative à l'extérieur du générateur. Ainsi, le comportement de certains dipôles dépend du sens dans lequel ils sont branchés. Les conducteurs électriques peuvent être traversés par un courant électrique, contrairement aux isolants électriques.
Le sens conventionnel du courant électrique
Le courant électrique a un sens, par convention, de la borne positive à la borne négative à l'extérieur du générateur. Certains dipôles réagissent différemment selon leur sens et celui du courant.
Dans un circuit électrique fermé, le courant circule du pôle + vers le pôle - à l'extérieur du générateur : c'est le sens conventionnel du courant. On le représente par une flèche (ou des flèches) placée sur les fils du circuit.
Représentation du sens conventionnel du courant électrique
Le sens dans lequel le courant électrique circule influence le comportement de certains dipôles. En effet, certains dipôles n'ont pas le même comportement en fonction des bornes utilisées par le courant pour entrer et sortir :
- Le moteur ne tourne pas dans le même sens suivant son sens de branchement.
- Les diodes et DEL (diodes électroluminescentes) laissent passer le courant dans un sens (le sens passant) et pas dans l'autre (le sens bloqué). Elles sont symbolisées par une flèche indiquant le sens dans lequel le courant peut passer.
Une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens, indiqué par le sens de son symbole.
Sens bloquant d'une diode
Une diode électroluminescente, ou DEL, est une diode qui s'allume lorsqu'elle est traversée par un courant, donc quand elle est branchée dans son sens passant.
Dans le circuit suivant, la DEL est branchée dans son sens passant, elle émet donc de la lumière.
Les conducteurs et isolants électriques
Les conducteurs électriques sont les corps qui laissent passer le courant électrique, on les distingue des isolants électriques.
Conducteur électrique
Un conducteur électrique est un corps qui laisse passer le courant électrique.
Les métaux sont tous de bons conducteurs électriques.
Isolant électrique
Un isolant électrique est un corps qui ne laisse pas passer le courant électrique.
Le bois est un isolant électrique.
Test de la conduction électrique
Pour vérifier si un élément est conducteur ou isolant, on l'intercale dans un circuit électrique fermé comportant une lampe.
- Si la lampe s'allume, alors le corps testé est un conducteur électrique.
- Si la lampe reste éteinte, alors le corps testé est un isolant électrique.
Pour tester si le matériau composant les lames d'une paire de ciseaux est un conducteur électrique, on réalise l'expérience suivante :
Test de la conduction électrique
- Les métaux (fer, aluminium, cuivre, etc.) et le graphite (mine de crayon) sont les principaux conducteurs électriques.
- Les matières plastiques, le verre, le bois et l'air sont les principaux isolants électriques.
Les fils électriques sont composés du meilleur conducteur électrique : le cuivre, qui est un métal.
Les dangers de l'électricité
Le courant électrique présente plusieurs dangers, d'une part parce que le corps humain est un conducteur électrique et d'autre part en cas de court-circuit.
Le corps humain conducteur
Le courant électrique est dangereux pour les personnes car le corps humain est un conducteur électrique.
Le corps humain est un conducteur électrique. Le passage du courant dans le corps d'une personne peut provoquer :
- une électrisation : passage du courant dans le corps ne provoquant pas la mort de l'individu ;
- une électrocution : passage du courant dans le corps provoquant la mort de l'individu.
Toucher des fils électriques dénudés peut être mortel.
Le court-circuit
Si les deux bornes d'un dipôle sont reliées par un fil électrique, il se produit un court-circuit. Les dangers d'un court-circuit sont liés au dégagement de chaleur produit.
Lorsqu'on relie les deux bornes d'un générateur par un fil électrique ou n'importe quel bon conducteur, on provoque un court-circuit : une grande quantité de chaleur est alors dégagée dans cette partie du circuit, ce qui peut provoquer un incendie et la destruction du générateur.
Lorsqu'on relie les deux bornes d'un générateur par des fils électriques et de la paille de fer, on observe que celle-ci s'enflamme vivement.
Court-circuit
Court-circuit
Le court-circuit est le phénomène qui se déroule lorsqu'on relie les deux bornes d'un dipôle directement avec des fils électriques ou des bons conducteurs électriques, empêchant le fonctionnement du dipôle et provoquant un important dégagement de chaleur.
Dans le circuit schématisé ci-dessous, les deux bornes du moteur sont reliées par un fil électrique, il est donc en court-circuit : il ne peut pas fonctionner et une chaleur importante peut être dégagée par le circuit.
