L'étude des circuits électriques nécessite de mesurer l'intensité et la tension électrique. L'intensité électrique est liée à la quantité d'électricité qui circule dans un circuit et s'exprime en ampères. La tension électrique est liée à la différence d'état électrique entre deux points d'un circuit et s'exprime en volts. Dans une branche d'un circuit, l'intensité est unique et la somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à celle des intensités qui repartent. La tension aux bornes des dipôles en dérivation est identique et des récepteurs en série avec un générateur se partagent sa tension.
Les mesures des grandeurs électriques
Les deux grandeurs électriques les plus importantes sont l'intensité et la tension électrique. L'intensité électrique se mesure avec un ampèremètre et la tension électrique avec un voltmètre.
La mesure de l'intensité électrique
L'intensité électrique, notée I, est liée à la quantité d'électricité qui circule dans un circuit. Son unité est l'ampère et elle se mesure avec un ampèremètre branché en série.
Intensité électrique
L'intensité électrique, notée I, est la quantité d'électricité circulant dans le circuit. Elle se mesure en ampères (A).
Si un circuit électrique est parcouru par un courant électrique de 0,1 ampère, on note : I = 0{,}1 \text{ A}.
Ampèremètre
L'ampèremètre est l'instrument de mesure de l'intensité électrique. Sa borne d'entrée du courant est mA (ou 10 A pour les plus grandes intensités) et sa borne de sortie est COM. Son symbole est le suivant :
En pratique, on utilise un appareil nommé « multimètre », qui a plusieurs fonctions. Pour effectuer une mesure d'intensité, on le règle sur l'un des calibres de la position ampèremètre.
L'ampèremètre se branche en série dans le circuit.
- On relie la borne mA de l'ampèremètre du côté du pôle + du générateur.
- On relie la borne COM de l'ampèremètre du côté du pôle – du générateur.
- On positionne le sélecteur du multimètre dans la zone correspondant à l'ampèremètre et on choisi le calibre le plus élevé, quitte à le réduire pendant la mesure pour avoir une valeur plus précise.
Dans le circuit suivant, l'ampèremètre mesure l'intensité du courant électrique.
La mesure de la tension électrique
La tension électrique, notée U, est liée à la différence d'état électrique entre deux points d'un circuit. Son unité est le volt et elle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation.
Tension électrique
La tension électrique, notée U, correspond à la différence « d'état électrique » entre deux points d'un circuit. Elle s'exprime en volts (V).
Si la tension électrique aux bornes d'une pile est de 1,5 volt, on note : U = 1{,}5 \text{ V}.
Voltmètre
Le voltmètre est l'instrument de mesure de la tension électrique. Son symbole est le suivant :
En pratique, comme pour l'ampèremètre, on utilise un appareil nommé « multimètre », réglé sur la position voltmètre continu (notée « V = »), pour effectuer une mesure de tension.
Le voltmètre se branche en dérivation sur l'appareil dont on souhaite connaître la tension.
- On relie la borne V du voltmètre du côté du pôle + du générateur.
- On relie la borne COM du voltmètre du côté du pôle - du générateur.
- On positionne le sélecteur du multimètre dans la zone correspondant au voltmètre et sur le calibre le plus élevé, quitte à le réduire pendant la mesure pour avoir une valeur plus précise.
Dans le circuit suivant, le voltmètre mesure la tension de la lampe, car elle est branchée en dérivation entre ses bornes :
Les lois relatives à l'intensité électrique
Dans une branche d'un circuit, l'intensité est la même en tout point et en un nœud. La somme des intensités qui arrivent est égale à celle des intensités qui partent.
La loi d'unicité de l'intensité électrique
L'intensité électrique est la même dans un circuit en série ou dans une branche d'un circuit en dérivation.
Loi d'unicité des intensités
L'intensité est la même en tout point d'une même branche d'un circuit électrique.
Un circuit en série étant composé d'une seule branche, l'intensité du courant électrique est la même en tout point. Ainsi, dans le circuit suivant :
I_1=I_2=I_3
La loi d'additivité de l'intensité électrique
En un nœud d'un circuit en dérivation, la somme des intensités qui arrivent est égale à celle des intensités qui partent.
Loi d'additivité des intensités (ou loi des nœuds)
Dans un circuit en dérivation, la somme des intensités qui arrivent sur un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent.
Dans le circuit suivant, au niveau du nœud A : l'intensité I_{\text{générateur}} arrive et les intensités I_{1} et I_{2} partent. L'application de la loi des nœuds donne donc :
I_\text{générateur} = I_\text{1} + I_\text{2}
Cette loi s'applique aussi au niveau du point B, avec les intensités I_{1} et I_{2} qui arrivent et l'intensité I_{\text{générateur}} qui part.
Les lois relatives à la tension électrique
Des dipôles en dérivation ont la même tension. Dans un circuit en série, la somme des tensions des dipôles est égale à la tension du générateur.
La loi d'unicité de la tension électrique
Les dipôles en dérivation ont la même tension.
Loi d'unicité de la tension électrique
La tension aux bornes de dipôles en dérivation est identique.
Dans le circuit suivant, la tension aux bornes du générateur est égale à celle aux bornes de la lampe et du moteur, car ces dipôles sont branchés en dérivation.
La loi d'additivité de la tension électrique
Dans un circuit en série, les récepteurs se partagent la tension du générateur.
Loi d'additivité de la tension électrique
Dans un circuit en série, la somme des tensions des dipôles est égale à la tension du générateur.
Dans le circuit suivant, la somme de la tension de la lampe et de la tension du moteur est égale à la tension du générateur :
U_\text{lampe}+U_\text{moteur}=U_\text{générateur}
