Sciences 9e année Nom : _____________________________ Classe : _____

Carnet Sc9.3.2 : Les circuits et la loi d’Ohm

Plan du carnet et guide d’étude1. Les diagrammes de circuits (p.262-263)

2. La résistance : l’Ohm () (p.270 et 273)a. Les facteurs qui affectent la résistance d’un fil électrique (pas dans le livre)b. Les résistors (p.275)

3. La résistance et le courant : la loi d’Ohm (p.272-273)4. Laboratoire requis : La loi d’Ohm (p.278-279)5. Les circuits en série (p.288) et en parallèle (p.290-291)

a. Les piles et les ampoules en série (p 289-292), b. Les piles et les ampoules en parallèle (p.292-294)c. Laboratoire requis : Les résistors en série et en parallèle (p.300-301)

6. La protection des circuits électriques : les fusibles, les disjoncteurs, et la mise à terre. (p.296-297)

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.1

Vocabulaireampèremètre (m) fusible (m) parallèle résistor (m)ampoule (f) mise (f) à terre pile (f) sériebatterie (f) ohm (m) résistance (f) voltmètre (m)disjoncteur (m)

1. ____________________________________ : propriété d’une substance qui s’oppose au passage des électrons et transforme l’énergie électrique en autre forme d’énergie.

2. ____________________________________ : unité de mesure de la résistance

3. ____________________________________ : source d’électricité qui utilise l’énergie chimique pour produire l’énergie électrique.

4. ____________________________________ : combinaison de deux ou plusieurs piles.

5. ____________________________________ : transforme l’énergie électrique en lumière

6. ____________________________________ : un instrument qui mesure le voltage

7. ____________________________________ : un instrument qui mesure le courant

8. ____________________________________ : un élément de circuit qui possède une résistance précise, qui sert à contrôler le courant dans le circuit

9. circuit en ____________________________________ : un circuit où tout le courant suit une seule route, et passe dans toutes les composantes l’une après l’autre.

10. circuit en ____________________________________ : un circuit où le courant peut se diviser entre plusieurs routes

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.2

11. ____________________________________ : un dispositif qui protège un circuit électrique contre un courant trop élevé; si il y a trop de courant, le fusible fond, et le courant ne peut plus passer.

12. ____________________________________ : un grand interrupteur qui permet de couper tout le courant de la maison

13. ____________________________________ : connexion d’un circuit qui transmet le courant à la terre.

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Les diagrammes de circuitsÉcris le symbole et le nom de chaque appareil.

Quelle est la différence entre une pile et une batterie ?

Comment dessiner les circuits ?On dessine les circuits :- avec les symboles - avec les angles droits (90o)- avec le moins d’angles possible

Exemple :

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.4

Exercices de pratiquesFais les schémas des circuits suivants

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.5

La résistanceLis les informations sur la résistance, et réponds aux questions.

La résistance est une force qui résiste au mouvement des électrons dans un conducteur et réduit le courant. L’unité de mesure de la résistance est l’ohm (). La résistance est comme une sorte de « friction » entre les électrons et le métal. Comme la friction, la résistance ralentit le mouvement, et elle cause la chaleur.

Ceci est parce que les électrons qui passent dans une résistance perdent de l’énergie électrique qu’ils ont reçue de la source. Cette énergie est transformée en chaleur – et si une très grande quantité de chaleur est produite, cela peut même être visible sous forme de lumière.

Les facteurs qui affectent la résistance d’un fil électrique : Le diamètre du fil: plus le fil est mince, plus il résiste au passage des électrons.

La longueur du fil: plus le fil est long, plus il résiste au passage des électrons.

Le type de métal: certains métaux, comme le tungstène et le nichrome ont une plus grande résistance. D’autres, comme le platine, l’or, l’argent, ou le cuivre ont moins de résistance.

La température du fil: Plus le métal est chaud, plus la résistance est grande. C’est parce que dans un métal plus chaud les atomes vibrent plus vite et interfèrent avec le mouvement des électrons. Le contraire est aussi vrai : plus le métal est froid et moins il y a de résistance. Certains matériaux sont même des super-conducteurs quand ils sont refroidis à des températures extrèmement froides avec de l’hélium liquide.

Les utilisations de la résistance : La résistance est utilisée dans les appareils électriques pour faire de la chaleur ou de la lumière.

Exemple 1: un grille-pain.

Un grille-pain contient des éléments chauffants qui ont une grande résistance. Les électrons qui passent dans les éléments chauffant perdent beaucoup d’énergie, qui est convertie en chaleur pour griller le pain.

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Exemple 2: une ampoule électrique incandescente. Une ampoule contient un filament de tungstène très mince, qui a une très grande résistance. Quand les électrons passent dans ce filament, ils perdent beaucoup d’énergie sous forme de chaleur et de lumière, Le filament devient si chaud qu’il brille et donne de la lumière.

La raison pourquoi l’ampoule est entourée de verre est pour protéger le filament chaud contre l’oxygène de l’air, parce qu’autrement le filament brûlerait en quelques secondes. Le gaz azote dans l’ampoule ne fait pas brùler le filament. .

Questions

1. Quel est l’effet de la résistance sur le courant dans un circuit ?

2. Quelles formes d’énergie sont généralement produites quand les électrons perdent leur énergie en passant dans une résistance ?

3. Donne deux raisons pourquoi la résistance est comme la friction.

4. Nomme deux autres appareils électriques que tu connais (autre que l’ampoule et le grille-pain !) qui utilisent des éléments à résistance pour produire de la chaleur.

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5. Nomme et explique 4 facteurs qui affectent la résistance d’un fil électrique.

6. Fais un diagramme d’une ampoule électrique, et explique en tes propres mots comment elle fonctionne.

7. Pourquoi est-ce que les ampoules sont entourées de verre ?

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La loi d’OhmObserve la démonstration du professeur. Réponds aux questions.1. Quelle est la relation entre le voltage et le courant dans un circuit?

2. Quelle est la relation entre la résistance et le courant dans un circuit?

3. Quelle est la formule de la loi d’Ohm?

Exercices de pratique

1. Si le courant dans un circuit est 1,5 A et le voltage est 12 V, quelle est la résistance de la charge?

2. La résistance d’un phare de voiture est 15 , et un courant de 0,80 A passe à travers. Quel voltage reçoit le phare?

3. Une tension de 60 V est mesurée aux bornes d’une charge qui a une résistance de 15 Quel courant passe dans cette charge?

4. Un courant de 1,2 A passe dans un résistor de 250 . Calcule le voltage aux bornes de ce résistor.

5. Un résistor de 120 est connecté à une batterie de 12 V. Calcule le courant qui passe dans ce résistor.

6. Un courant de 0,002 A passe à travers un résistor de résistance inconnue, quand il est connecté à une batterie de 9 V. Quelle est la résistance du résistor?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.9

Exercices de pratique: Les calculs avec la loi d’Ohm1. Les problèmes avec les unités simples

Voltage Courant Résistance La formule et les calculs

10 V 0,3 Ω

0,015 A 9 Ω

1,5 V 0,2 A

9,0 V 50 Ω

3,6 A 200 Ω

15 V 9 A

2. Les problèmes avec les unités dérivées (Enrichissement pour les élèves forts en math!)

Il faut convertir les unités en volts (V), ampères (A) et ohm (Ω) avant de calculer.Pour convertir les unités:

Milli = 1/1000 exemple: 45 mA = 0,045 A

Kilo = 1000 exemple : 3 k V = 3000 V

Mega = 1 000 000 exemple : 1,5 M Ω = 1 500 000 Ω

Voltage Courant Résistance La formule et les calculs

4,5 mV 120 Ω

3,5 V 132 mA

0,44 A 0,14 k Ω

220 V 9 M Ω

450 mA 0,16 k Ω

3,8 kA 1,3 M Ω

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.10

Pratique supplémentaireVoltage Courant Résistance La formule et les calculs

3 piles de 1,5 V 0,5 A

Le circuit de 120 V dans la maison 1250 Ω

Le circuit de 240 V dans la maison 400 A

Le circuit de 120 V dans la maison

Une ampoule froide: 10 Ω

Le circuit de 120 V dans la maison

Une ampoule chaude pendant l’utilisation: 144

Ω

Le circuit de 240 V dans la maison

L’élément chauffant dans le

four : 40 Ω

Une batterie automobile de 12 V 0,575 A

85 kA 200 mΩ

2 mA 30 kΩ

0,92 A 5 MΩ

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.11

Feuilles d’activité (Simulation PhET):

L’effet du voltage et de la résistance sur le courant

Partie A : L’effet du voltage sur le courantVa sur ma page web de devoir, trouve le lien pour « Animation PhET sur les circuits électriques » Ou va sur le site http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Circuit_Construction_Kit_DC_Only

Utilise la simulation pour construire le circuit suivant :

Mesure le voltage de la pile avec le voltmètre. Mesure le courant dans le circuit avec l’ampèremètre.

Ensuite déconnecte un des conducteurs de la pile, ajoute une deuxième pile au circuit, et recommence les mesures.

Recommence avec une troisième pile.

Complète le tableau :

Nombrede piles

Voltage(V)

Courant(A)

123

Questions1. Quelle est la relation entre le voltage et le courant?

2. Prédis le voltage et le courant avec une quatrième pile.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.12

Partie B : L’effet de la résistance sur le courant.

Enlève l’ampoule du circuit de la partie A, et remplace-la par une résistance.

Si tu fais un « clic-droit » (right-click) sur la résistance, tu peux changer sa valeur. Utilise

5 différentes valeurs entre 10 et 100 .

À chaque fois, mesure le voltage de la pile, et le courant dans le circuit..

Pour t’amuser, regarde ce qui arrive quand on réduit la résistance à presque 0.

Complète le tableau : Voltage

(V)Résistance

()Courant

mesuré (A)Courant selon la loi d’Ohm = V/R

(montre tes calculs!)

Questions1. Quelle est la relation entre la résistance et le courant ?

2. Est-ce que la simulation PhET est en accord avec la loi d’Ohm ?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.13

Feuille d’activité II (Simulation PhET):

Les circuits en série et en parallèle Va sur ma page web de devoir, trouve le lien pour « Animation PhET sur les circuits électriques » Ou va sur le site http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Circuit_Construction_Kit_DC_Only

1. Construit les circuits en représenté par chaque schéma. 2. Mesure le courant dans chaque section du circuit en utilisant

l’ampèremètre hors-circuit. Écris les courants mesurés sur le schéma.3. En utilisant le voltmètre,

a. Mesure le voltage sur chaque ampoule individuelle. Écris la mesure sur le schéma.

b. Mesure voltage global du groupe d’ampoules. Écris la mesure sur le schéma.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.14

Les charges en série

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.15

Quand tu as fini, retire l’ampoule du centre, et décris ce qui arrive aux autres ampoules : _____________________________

Questions1. Pour des charges en série, la relation

mathématique entre le voltage global et le voltage sur chaque ampoule est

2. Complète les phrases avec les mots « augmente », « diminue » ou « ne change pas ».

Quand on ajoute plus d’ampoules en série dans un circuit,

i. l’éclat des ampoules __________.

ii. Le courant qui sort de la pile

___________________.

iii. Le voltage sur chaque ampoule

individuelle _____________.

iv. La résistance du circuit ( = la résistance au courant qui sort de la pile)

____________________.

3. Dans quel circuit est-ce que la pile va durer le plus longtemps? Le moins longtemps?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.16

Les charges en parallèle

Quand tu as fini, retire l’ampoule du centre, et décris ce qui arrive aux autres ampoules : _____________________________

Questions

1. Complète les phrases avec les mots « augmente », « diminue » ou « ne change pas ».

Quand on ajoute plus d’ampoules en parallèle dans un circuit,

i. l’éclat des ampoules __________.

ii. Le courant qui sort de la pile

___________________.

iii. Le voltage sur chaque ampoule

individuelle _____________.

iv. La résistance du circuit ( = la résistance au courant qui sort de la pile) ____________________.

2. Dans quel circuit est-ce que la pile va durer le plus longtemps? Le moins longtemps?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.17

Questions pour les charges en série et en parallèle : 1. En examinant les schémas, explique en tes propres mots la différence entre « en série » et « en

parallèle ».

2. Dans ces 6 circuits, dans lequel est-ce que la pile va durer le plus longtemps? Le moins longtemps?

3. Quels sont deux avantages d’un circuit en prallèle comparé au circuit en série? Quel est le « prix » à payer?

4. Donne une situation dans la vie où on utilise des charges en série.

5. Donne une situation dans la vie où on utilise des charges en parallèle.

6. Complète le tableau pour décrire en mots comment le courant et le voltage changent (ou ne change pas) dans différentes parties des circuits en série et en parallèle.

En série En parallèle

diagramme

Le courant

Le voltage

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.18

1. Complète le tableau pour comparer les circuits avec des charges en série et en parallèle. Utilise les réponses “augmente”, “diminue”, ou “ne change pas” quand c’est approprié.

Ampoules en série Ampoules en parallèle

Schéma

Si on dévisse (enlève) une ampoule, ou si une ampoule brûle,

les autres …

si on ajoute plus

d’ampoules

L’éclat des ampoules

le voltage de la pile

le voltage sur chaque ampoule individuelle

le courant qui sort de la pile

la résistance du circuit

le temps que la pile dure

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.19

Problèmes de circuits1. Complète les courants manquants.

2. Calcule les voltages manquants.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.20

3. Calcule les voltages et les courants manquants.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.21

4. Utilise la loi d’Ohm pour calculer les valeurs manquantes.

5. Calcule le courant en utilisant la loi d’Ohm.

6. Calcule le courant et les voltages manquants. (Indice : commence par calculer le courant en utilisant la loi d’Ohm comme dans le problème précédent.)

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.22

Les circuits de maisonExamine le schéma simplifié du circuit électrique d’une maison, lis ton livre aux pages 296-297, et réponds aux questions.

Questions 1. Nomme les charges qui sont représentées sur le diagramme.

2. Ces charges sont-elles en série ou en parallèle? Pourquoi les circuits de maisons ont-ils cet arrangement?

3. Encercle le disjoncteur sur le diagramme. Trouve la fonction du disjoncteur dans ton livre.

4. Fais une étoile pour indiquer la mise à terre de la maison sur le diagramme. En utilisant les informations dans ton livre, explique la fonction de la mise à terre.

5. Cherche dans ton livre comment fonctionne un fusible.

6. Utilise l’information dans le diagramme pour inférer la fonction du « transformateur du quartier ». Pourquoi penses-tu qu’on utilise des transformateurs dans notre système d’électricité ?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.23

Encore des problèmes de circuit!

1. Dessine un circuit composé d’une pile, deux ampoules et deux interrupteurs. Chaque interrupteur contrôle une seule ampoule.

2. Dessine un circuit composé d’une pile, deux ampoules et trois interrupteures. Un interrupteur allume les deux ampoules; les autres permettent d’allumer les ampoules, une à la fois.

3. Dessine le schéma d’un circuit constitué d’une pile de 9,0 V, d’un ampèremètre et d’un résistor de 25 Ω montés en série. Ajoute un voltmètre pour mesurer la différence de potentiel aux bornes du résistor.

4. Dessine le schéma d’un circuit constitué d’une batterie (formée de deux piles de 1,5 V), d’un interrupteur fermé, de deux ampoules et d’un ampèremètre montés en série. Indique la direction des électrons.

5. Dessine le schéma d’un circuit constitué d’une batterie (formée de quatre piles de 1,5 V reliées en série), d’un interrupteur fermé, d’une ampoule et de deux résistors de 0,50 Ω reliés en série, et d’un voltmètre qui mesure la différence de potentiel aux bornes de l’ampoule. Indique la direction des électrons.

6. Change ce circuit pour permettre d’allumer et d’éteindre chaque ampoule séparément.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.24

7. Change ce circuit en ajoutant un interrupteur qui contrôle toutes les ampoules. Ajoute un deuxième interrupteur qui qui éteindra B quand le premier interrupteur est fermé. Refais ensuite le circuit pour que chaque ampoule puisse être contrôlée par son propre interrupteur.

8. Réarrange les parties de ce circuit ce circuit pour que une ampoule soit toujours allumée, et l’autre soit contrôlée par l’interrupteur.

9. Ajoute deux interrupteurs à ce circuit pour que si les deux sont ouverts, toutes les ampoules sont éteintes; si l’un est ouvert et l’autre fermé, deux ampoules sont allumées; et si les deux sont fermés, les trois ampoules sont allumées.

10. Qu’est-ce qui arrive aux ampoules quand a) l’interrupteur Q est ouvert et P est ferméb) Q est fermé et P est ouvertc) Les deux interrupteurs sont fermés.

11. Qu’est-ce qui arrive aux ampoules si a. Les deux interrupteurs sont ouverts?b. Un des interrupteurs est ouvert et l’autre fermé ?c. Les deux interrupteurs sont fermés ?

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.25

12. Regarde les circuits A et B, et réponds aux questions.

a) Quelle est la différence entre les deux circuits ?b) Si on voulait allumer l’ampoule 1 mais pas l’ampoule 2, quel circuit faudrait-il utiliser?c) Dans quel circuit est-ce que les ampoules brillent le plus fort?

11. Qu’est-ce qui se produit quand les deux interrupteurs sont fermés? Qu’est-ce qui se produit quand seulement un interrupteur est fermé?

12. Utilise l’information sur les circuits pour compléter le ou les courants manquants.

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.26

13. Calcule la différence de potentiel manquante dans chaque circuit.a. Circuit 1 :

b. Circuit 2 :

c. Circuit 3 :

14. Calcule le courant et le voltage aux points indiqués par les instruments « A » et « V »..

Sc9.3.2 – La loi d’Ohm et les circuits p.27